“智能微（wēi）鑄鍛”——破解金屬3D打印的世界（jiè）級難題
點擊量：1033 發布（bù）時間：2017-02-26 作（zuò）者：草莓视频ios（上（shàng）海）增材（cái）製造技（jì）術有限公（gōng）司
“我們的（de）技術將在（zài）先進製造領域掀起新一輪的革命。”日前，華中科技大學機械科學與工程學院教授張海鷗攜其研發的“智能微鑄鍛銑複合製造技（jì）術”，與法（fǎ）國（guó）空客公司舉行（háng）了技術合作（zuò）簽約儀式，這是法中兩（liǎng）國在先進製造領域的一項重要合作。這（zhè）位年過60歲的老人和夫（fū）人王桂蘭一起，帶領（lǐng）團隊用14年的時間，破解了困擾金（jīn）屬3D（三維）打印的世界（jiè）級技術難題，實現（xiàn）了我國首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創新。
不僅是空客，美國通用電氣公司不久前也主動上門洽談合（hé）作。創新成果被航空業巨頭競（jìng）相追逐，表明了我國在3D打（dǎ）印技術上已經由“跟（gēn）跑”開始進入“領跑”階段。
將金屬鑄造、鍛壓技術合二為（wéi）一，改變西方引領的製造模式
在華中科技大學，張海鷗（ōu）、王桂（guì）蘭夫婦就像一段傳奇。跟（gēn）電弧光打交道十餘年，他（tā）們被（bèi）稱為“華科居裏夫婦”。其（qí）實，張海鷗的科研路頗為曲折，剛起（qǐ）步時，他埋頭於軋鋼（gāng）研究。但“這項技術，日本已經研究得差不（bú）多了”，導師的話如當頭一棒，他懵了。考慮再三，他於1987年（nián）東渡日本“取經”。
王（wáng）桂蘭說，在日本工（gōng）作之餘，她做得最多的就是查找資料，從課程配置（zhì）到最前沿的技術，無所不有。“回國的時候，資料整整打包了31個大箱子。”
十幾年科研路，就是不斷試錯的過程。“唯有創（chuàng）新才有未來，跟在別人後麵是不會有（yǒu）太大（dà）出路的。”1998年，張海鷗被引進到華中科技大學，致力於高效低成本無模快（kuài）速製造技術研究，4年後開始主攻金屬3D打印。
試錯之後迎來創新。2016年7月，張海鷗團隊創造性地將金屬鑄（zhù）造、鍛壓技術合二為一（yī），成功製（zhì）造出（chū）世界首批3D打印鍛件，實現3D打印鍛態等軸（zhóu）細晶（jīng）化、高均勻致（zhì）密度、高強（qiáng）韌、形狀複雜的金屬鍛件，全麵提高了製件強度、韌性、疲勞壽命及可靠性，降低設備投資和原材料成本，大幅縮短製造流程與周期，全麵（miàn）解決常（cháng）規（guī）3D打印成本高、工時長，打印不出經久耐用材質的世界性（xìng）難（nán）題。
專家表示，這項（xiàng）技術改變了長期以來由西方引領的“鑄鍛銑分離”的傳統製造曆史，將開啟實（shí）驗室製造大（dà）型機械（xiè）的曆史。
攻克傳統技術難題，推動金屬3D打印製件進入高端應用
最近幾天，在華中科技大學數字製造裝（zhuāng）備與技術國家重點實驗室的實驗基地，張海鷗（ōu）團隊正在加緊製（zhì）造一（yī）批應用於航空領域的高端（duān）金屬鍛件。目前由“智能微鑄（zhù）鍛”打印出的高性能金屬鍛件，已達到2．2米長約260公（gōng）斤。現有設備已打印飛機用鈦合金、海洋深潛器、核電用鋼等8種金（jīn）屬材料，是世界上唯一可以打印出大型高可靠性能金屬鍛件的增材製（zhì）造技術裝備。
據介（jiè）紹，在傳統機械（xiè）製造中，澆鑄後的金屬材料不能直接加工成高性能零部件，必須通過鍛造改造其內部結（jié）構，解決（jué）成型問題。但（dàn）是（shì）對超大鍛機的（de）過度依賴，導致機械製（zhì）作投資大、成本高且製作流（liú）程長（zhǎng）、能耗大、汙染和浪費（fèi）嚴（yán）重的問題。正因如（rú）此，金屬3D打印技術因能解決以上弊病而成為（wéi）前沿性的先進製造技術。作為全球新一輪科技（jì）革命和（hé）產業革命的重（chóng）要推動力，目（mù）前（qián）已經在航空航天、醫療、汽（qì）車等領域開始獲得大規模應用。
“常規金屬3D打印存在致命缺陷：一是沒有經過鍛造，金屬抗疲勞性嚴重不足；二是製件性能不高，難免存在（zài）疏（shū）鬆（sōng）、氣孔和未熔合（hé）等缺陷；三是大都采用激（jī）光、電子束（shù）為熱源，成本高昂。所以形成了中看不中用的尷尬局麵。”張海鷗（ōu）介紹，正因如此（cǐ），全球金屬3D打印行業一直處在“模型製造”和（hé）展示階（jiē）段，無法進入高端應用。
2016年7月，張（zhāng）海鷗團隊研發出微鑄鍛同步（bù）複合設備，並打印出（chū）全（quán）球（qiú）第一批鍛件：鐵路關鍵部件轍叉（chā）和航空發動機（jī）重要部件過（guò）渡鍛。專家表示，這種新方法製（zhì）件“強度和塑性等性能（néng）及均勻性顯著高於自由增材成形，並超過鍛件水平”，“將為航空航天高性能關鍵部件的製造提供（gòng）我國獨創國際領先的高效率（lǜ）、短流（liú）程、低成本、綠色智能製造（zào）的（de）前瞻性技（jì）術支持。”
“常規3D打印金屬零件的過程是打印算一層，鑄造算一層，鍛壓又一層，三者要（yào）分開（kāi）依次（cì）進行，即前一個步驟完了，後一（yī）個步驟方可進行，中間還要騰出金屬冷卻的時間”。張海鷗（ōu）介紹，智能（néng）微（wēi）鑄（zhù）鍛技術可以同時進行上述步（bù）驟（zhòu），打印完成（chéng）了，鑄鍛也就同時完成了。
“我們將原先需要8萬噸力才能完（wán）成（chéng）的動作，降低到（dào）八萬分之一，也就是不到1噸的力即可完（wán）成，同時一台設備完成了過去諸多大型設備才能完成的工作，綠色又高效。”他說。
從“跟跑”到“領（lǐng）跑”，為（wéi）先進（jìn）製造業（yè）帶來深刻的技術變革
張海鷗介紹，我國3D打印產業一直處於“跟跑”階段，與發達國家（jiā）相比（bǐ），我國3D打印產業大多停留在科研層麵（miàn）。要擺脫“跟跑”的尷（gān）尬（gà），必須（xū）創新。在他的研究方向上，處處都體現（xiàn）了創新精神。
“當時國內外的金屬3D打印主要以激（jī）光、電子束為熱源，我們想降低（dī）成本，就選擇了等離子束為熱源，發現（xiàn）效率很高。”張海鷗介紹，等離子和激光做熱源都是通過高能束來熔化金屬粉末，製造金屬模具（jù），但（dàn）兩（liǎng）者的發生裝置和加（jiā）工方（fāng）式不同，等離子具有成本低、成形率高等優點。
十幾年前，金屬3D打印做出的（de）製件非常粗糙，經過後期機械加工後（hòu）才能當做零件使用，而要打印（yìn）複雜製件，則幾乎不可能實現。張海鷗帶領團隊反複實驗，在金屬3D打印中加入了銑削環節，邊打印邊進行（háng）機械加工，攻克了此項難題，獲得國家發明專利。
選擇鑄鍛合一的方向（xiàng）是（shì）更大的創新。“他首次跟我提出‘鑄鍛銑一體（tǐ）化’構想時，我認為是異想天開，兩人為此進行了激烈的爭吵。”王（wáng）桂蘭說，很多時候，創新是（shì）在（zài）夫婦倆（liǎng）的爭吵中產生的。
反複實驗、不斷試錯之後，研究（jiū）方（fāng）向愈加清晰。2010年，大型飛機蒙皮（pí）熱壓成形模具的（de）誕生，驗證了在金屬3D打印中複合鍛打的可行性。
鑄（zhù）鍛一體化3D打印技術發布後，國外航空工業巨頭紛紛上門洽談合作。據介紹，美國通用公司（sī）不久前巨資收購了德國和（hé）瑞（ruì）典兩（liǎng）家3D打印公（gōng）司，但對於許（xǔ）多需（xū）要鍛造（zào）性能的大中（zhōng）型承力構件（jiàn）仍無能為力，而張海鷗團隊的研究（jiū）成果可彌補這個缺陷。
北京工業大學（xué）教授陳繼民認為，張海鷗發明的技術在航（háng）空航天、核電、艦船、高鐵等重點支柱領域的應用前（qián）景廣（guǎng）闊，比如對於（yú）長壽命、高可靠性（xìng）的航空發動機關鍵部件的製造有顯著優勢。
在我國研製的新型戰鬥機上，一種新型複雜鈦合（hé）金接頭的製造也已經開始和張海（hǎi）鷗（ōu）團隊合作，用該技術打印出來的鈦合金抗拉強度、屈服強度、塑性、衝擊韌性均超過傳統鍛件。
目前，該技術正在西航動力公司、西安飛機製造公司等新產品開發中應（yīng）用，已經試製了高溫（wēn）合金雙扭葉輪、鋁矽合金熱壓泵體、發動機過渡（dù）段等零件，以及大型飛機（jī）蒙皮熱壓成形雙曲麵模具、轎車翼子板衝壓成形FGM模具等，應用前（qián）景廣闊。
目前，根（gēn）據空客公（gōng）司對飛機零部件的需求，張（zhāng）海鷗團隊正在（zài）進行研（yán）發，“一旦繼續獲得認可，我們將贏得空客的零部件生產的訂單，同時還可能獲得更多國際民用航空巨頭的青睞。”張（zhāng）海（hǎi）鷗說。
草莓视频ios(上海)增材製（zhì）造技術（shù）有限公司是國（guó）內3D金屬打印粉末專業的材料供應商，公司成立於2016.8，是一家科技創新型企業，專業致力於3D金屬粉末耗材（cái）開發與工藝開發設計，為增材製造提供材料應用技術解決方案（àn）。
草莓视频ios(上海)增材（cái）製造技術（shù）以金屬3D打印鎳基高溫合金粉、鈷合金粉、鈦合金粉、模具鋼（gāng）粉為核心（xīn），生產的球形金屬合金粉粒徑超細、高純度、低含氧量、高球形度、成（chéng）分無偏析而廣泛用於航（háng）空航天、汽車電子和模具中。
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