中國破（pò）解3D打印（yìn）世界（jiè）性（xìng）難題！~~~
點擊量：408 發（fā）布時間：2017-01-23 作者：快猫视频APP下载安装（上（shàng）海）增材製造技術有限公司
“我們的（de）技術將在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術”，與法國空客公司舉行了技（jì）術合作（zuò）簽約儀式，這是法中兩國在先進製造領域的一項重要合作。這位年過60歲的老人（rén）和夫人王桂蘭一起，帶領團隊用14年（nián）的時（shí）間，破解了（le）困擾金屬3D(三維)打印的世界級技術難題，實現了（le）我國首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創新（xīn）。
不僅是空（kōng）客，美國通（tōng）用電氣公司不久前也主動上門洽談合作。創新成果被航空業巨頭競相追逐，表明了我國在（zài）3D打印技術上已經由“跟跑”開始進入“領跑”階段。
將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，改變西方引領（lǐng）的製（zhì）造（zào）模式
在華中科技大學，張海鷗、王桂（guì）蘭夫婦就像一段（duàn）傳奇。跟（gēn）電弧光打交道十餘年，他們被稱為“華科居裏（lǐ）夫婦”。其實，張海鷗的科研路頗（pō）為曲折，剛起步時，他埋頭於軋鋼研究。但“這項技術，日本已經研究得差（chà）不多了”，導師（shī）的話如當（dāng）頭一棒（bàng），他懵了。考慮再三，他於1987年東渡日本（běn）“取經”。
王桂蘭說，在（zài）日本工作之餘，她做得最多的就是查找資（zī）料，從課程配置到最前沿的技術，無所不有。“回國的時候，資料整整打包了31個（gè）大箱子。”
十幾年科研路，就（jiù）是不斷試錯的過程。“唯有創新才有未來，跟在別人後麵是不會有（yǒu）太大出路的。”1998年，張海鷗被引進到華中（zhōng）科技大學，致力於高效低成本無模快速製造技術研究，4年後（hòu）開始主攻金屬3D打印。
試錯之後迎來創新。2016年（nián）7月，張海鷗團隊創造性地將（jiāng）金（jīn）屬鑄造、鍛壓技術合二為一，成功製造（zào）出世界首批3D打印鍛件，實現3D打印鍛態等軸細晶（jīng）化、高均勻致密度、高強韌、形狀複雜的金屬鍛件，全麵提高了製件強度、韌性、疲勞（láo）壽（shòu）命及可靠性（xìng），降低設備投（tóu）資和原（yuán）材料成本，大幅縮短（duǎn）製造流程與周期，全麵解決常規3D打（dǎ）印成（chéng）本高、工時長，打印（yìn）不出經久耐用材質的世界性難題。
專家（jiā）表（biǎo）示，這項技術改變了（le）長期以來由西方（fāng）引領的“鑄鍛銑分離”的傳統（tǒng）製造曆史，將開啟實驗室製造大型機械的曆史。
攻克傳統技術難題，推動金屬3D打印製（zhì）件進入高端應用
最近幾天，在（zài）華中科技大學數字製造裝備與技術國家重點實驗室的實驗基地，張海鷗團隊正在加緊製造一批應用於航空領域的高端金（jīn）屬鍛件。目前由“智（zhì）能微鑄鍛”打印出的高性能金屬鍛件，已達到2.2米長約260公斤。現有設備已打印飛機用鈦合金、海洋深潛器、核電用鋼等（děng）8種金屬材料，是世界上唯（wéi）一可以打印出大型高可靠性能金屬鍛件的增材製造技術裝（zhuāng）備。
據介紹，在傳統機械製造中，澆鑄後的金屬材料不能直接加（jiā）工成高性能零部（bù）件，必須通過鍛造改造其內部結構（gòu），解決（jué）成型問題。但是對超大（dà）鍛機的過（guò）度依賴（lài），導致機械製作投（tóu）資大、成本高且製作流程（chéng）長、能（néng）耗大、汙染和浪費嚴重的（de）問題。正因如此，金屬3D打印技術因能解（jiě）決以上弊病（bìng）而成（chéng）為前（qián）沿性的先（xiān）進製造技術。作為全球新一輪科技革命和產業革命的重要推動力，目前已經在（zài）航空航天、醫療、汽車等領域開始獲得大規模應用（yòng）。
“常規（guī）金屬3D打印存在致（zhì）命缺陷：一（yī）是沒有經過鍛造，金屬抗（kàng）疲勞性嚴（yán）重不足;二是製件性（xìng）能不高，難免存在疏鬆、氣孔和未熔合等（děng）缺陷;三是大都采用（yòng）激光、電子束（shù）為熱源（yuán），成本高昂。所以形成（chéng）了（le）中看不中用的尷尬局麵。”張海鷗介（jiè）紹（shào），正因如此，全球金屬（shǔ）3D打印（yìn）行業一直處在“模型製造”和展（zhǎn）示階段，無（wú）法進入高端應用。
2016年7月，張海鷗團隊研發出微鑄鍛同步複合設備，並打印出全球第一批鍛件：鐵（tiě）路（lù）關鍵部件轍叉和（hé）航空發動機（jī）重要部件過（guò）渡鍛。專家表示，這種（zhǒng）新方法製件“強度和塑性等性能及均勻性顯（xiǎn）著高於自由增材（cái）成（chéng）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（tí）供我（wǒ）國獨創國際領先的高效率、短流程、低成本、綠色智能製造的前瞻性技術支持。”
“常（cháng）規3D打印金屬零件的過程（chéng）是打（dǎ）印（yìn）算（suàn）一層，鑄造算一層，鍛壓（yā）又一層，三者（zhě）要（yào）分開依次（cì）進行，即（jí）前一個步驟完了，後一個步驟方可進行，中間還要（yào）騰（téng）出金屬冷卻的時間（jiān）”。張海鷗介紹，智能微鑄鍛（duàn）技術可以同時進行上述步（bù）驟，打印完成了（le），鑄鍛也（yě）就同時完成了（le）。
“我們將原先需（xū）要8萬噸力才能完成的動作（zuò），降低到八（bā）萬分之一，也就是不到1噸的（de）力即可完成，同（tóng）時一台設備完成了過去（qù）諸多大型設（shè）備才能完成的工作，綠色（sè）又高效（xiào）。”他說。
從“跟跑”到“領跑”，為先進製造業帶來深刻的技（jì）術變革
張海鷗介紹，我國3D打印產業一直處於“跟（gēn）跑”階段，與發達國家相比，我國3D打印產業大多停留（liú）在（zài）科研層麵。要擺脫“跟（gēn）跑”的尷尬，必須創（chuàng）新。在他（tā）的研究方（fāng）向（xiàng）上，處處都體現了創新精神（shén）。
“當時（shí）國內外的金屬3D打印主要（yào）以激光、電子束為熱源，我們想降低成本（běn），就選擇（zé）了等離子束為熱源，發現效率很高。”張海鷗（ōu）介紹（shào），等離子和激光做熱（rè）源都是通過高能束來熔化金屬粉末，製造金屬模具，但（dàn）兩者的發生裝（zhuāng）置和加工方式不同，等離子具有成本低、成形率高等優點。
十幾年前，金屬3D打印做出的製件非常粗糙，經過後期機械加工後才能當做零件使用，而（ér）要（yào）打（dǎ）印複雜製件，則幾乎不可（kě）能實現。張（zhāng）海鷗（ōu）帶領團隊反（fǎn）複實驗，在金屬3D打印中加入（rù）了銑削環節，邊打印邊進行機械加工，攻克了此項難題，獲得國家發明專（zhuān）利。
選擇鑄鍛（duàn）合一的方向是更（gèng）大的創新。“他首次跟我提（tí）出‘鑄鍛銑一（yī）體化’構想時，我認為是異想天開，兩人為此（cǐ）進（jìn）行了激烈的爭吵。”王（wáng）桂蘭說，很多時候，創新是（shì）在（zài）夫婦倆的爭吵中產生的。
反複實驗、不斷試錯之後（hòu），研究方向愈加清晰。2010年，大（dà）型飛機蒙皮熱壓成形模具的誕生，驗證了在金屬3D打印中複合鍛打的可行性。
鑄鍛一體（tǐ）化3D打印技術發布後（hòu），國外航空工業巨頭紛（fēn）紛上門洽談合（hé）作。據介紹，美國通用公司不久前巨資收購了德國和瑞典（diǎn）兩家3D打印公司，但對於許多需要鍛造性（xìng）能的大中型承力構件仍無（wú）能為力，而張海鷗團隊的研究成果可彌補這個缺陷（xiàn）。
北（běi）京工業大學（xué）教授陳繼民認為，張海鷗發明的技術在航空航天（tiān）、核電、艦船、高鐵等重點支柱領域的應用前景（jǐng）廣闊，比如對於長壽命、高可靠性的航空發動機關鍵部（bù）件（jiàn）的製造有顯著優勢。
在我國研製的新型戰鬥機上，一種新（xīn）型複雜鈦合金接頭的製造也（yě）已經開始和張海鷗團隊合作，用該技（jì）術打印出來的鈦合金（jīn）抗拉強度、屈服強度、塑（sù）性、衝擊韌性均超過傳統鍛件（jiàn）。
目前，該技術正在（zài）西（xī）航動力公司（sī）、西安飛機製造公司（sī）等新產品（pǐn）開發中應用，已經試製了高溫合金雙扭葉輪、鋁矽合金熱壓泵體、發動機過渡段等零件，以及大型飛機蒙皮（pí）熱壓成形雙曲麵模具、轎車翼子板（bǎn）衝壓成形FGM模具等，應用（yòng）前景廣闊。
目前，根據空客公司對飛機零部件的需求，張海鷗團隊正在進行（háng）研發（fā），“一旦繼續獲得認（rèn）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（guó）際民用航空巨頭的青睞。”張海鷗說。
