中國破解3D打印世界性難題！~~~
點擊量：369 發布時間：2017-01-23 作者（zhě）：快猫视频APP下载安装（上海）增材製造技術有（yǒu）限公司
“我們的技術（shù）將在先進製造領域（yù）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（yán）發的“智能微（wēi）鑄鍛銑複合製造技術”，與法國空（kōng）客公司（sī）舉行了技術合作簽約儀式，這是法中兩國在先進製（zhì）造領域的一項重要合作。這（zhè）位年過60歲（suì）的老人和夫人王桂蘭一起，帶（dài）領團（tuán）隊用14年的時間，破解了困擾（rǎo）金屬3D(三維)打印的世界級技術難題，實現了我國首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性（xìng）原始創新。
不僅是空客，美（měi）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（guó）在3D打印技（jì）術上已經由“跟跑”開始進入“領跑”階（jiē）段。
將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，改變西方（fāng）引領的製造模式（shì）
在華中科技大學，張海鷗、王桂蘭夫婦就像一段傳奇（qí）。跟電弧光打交道十（shí）餘年，他們被稱（chēng）為“華科居裏夫婦”。其實，張海鷗的科研路頗為曲折，剛起（qǐ）步時，他埋頭（tóu）於軋鋼研究。但“這項（xiàng）技術，日本已經研究得（dé）差不多了”，導師的話如當頭一棒，他（tā）懵了。考慮再三，他於1987年東渡日本“取（qǔ）經”。
王桂蘭說，在日本工作之餘（yú），她做得最多（duō）的就是（shì）查（chá）找資料，從課（kè）程配（pèi）置到最前（qián）沿的技術，無所不（bú）有。“回國的時候，資料整整打包了31個大箱子。”
十幾年（nián）科研路，就是不（bú）斷試錯（cuò）的過程。“唯有創新才有未來，跟在別人後麵是（shì）不（bú）會有太大出路的。”1998年，張海鷗被引進（jìn）到華中（zhōng）科（kē）技大學，致（zhì）力（lì）於高效低（dī）成本無模快速製造技術研究（jiū），4年後開始主攻金屬3D打印（yìn）。
試錯之後迎來創新。2016年（nián）7月，張海鷗團隊創造性地將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，成功製造（zào）出世（shì）界首批3D打印鍛件，實現（xiàn）3D打印鍛態等軸細晶化、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、疲勞壽命及可靠性，降低（dī）設備投資和原材料成本，大幅縮短製造流程與周期，全（quán）麵解決常（cháng）規3D打印成本高、工時長，打印不出經久耐用材質的世界（jiè）性難題（tí）。
專（zhuān）家表示，這項技術（shù）改變了長期以來由西（xī）方引領的“鑄鍛銑分離”的傳統製（zhì）造曆史，將（jiāng）開啟（qǐ）實驗室製造（zào）大型機械的曆史。
攻（gōng）克傳統技術難題，推動金屬3D打印（yìn）製件進入高端應用
最近幾天，在華中（zhōng）科技大學數字製（zhì）造裝備與技術國家重點實驗室的實驗基地，張海鷗（ōu）團隊正在加緊製造（zào）一批應用於航空領域（yù）的高端金屬鍛件。目前由“智能（néng）微鑄（zhù）鍛”打印出的高性能金屬鍛件，已（yǐ）達到2.2米長約260公斤。現有設備已打（dǎ）印飛機用（yòng）鈦合金、海洋深潛器、核電用鋼等8種金（jīn）屬材料（liào），是世界（jiè）上唯一可以打印出大型高（gāo）可靠性能金屬鍛件的增材製造（zào）技術裝備。
據介紹，在傳統機械製造中，澆鑄後的金屬材料不能直（zhí）接加工成高性能零部件，必須通過鍛造改造其內部結構（gòu），解決成型問題。但（dàn）是（shì）對超大鍛機的過度依賴，導致機械製作投資大、成本高且（qiě）製作流程長、能耗大、汙染和浪費嚴重的問題。正因如此，金屬3D打印技術因能解決以上弊病（bìng）而成為前沿性的先進製（zhì）造技術。作為全球新一輪科技革命和（hé）產業革命的重要推動力，目前已經在航空航天、醫（yī）療、汽車等領域開始獲得（dé）大規模應用。
“常規金屬3D打印存在致（zhì）命（mìng）缺（quē）陷：一是沒有經過鍛造，金屬抗（kàng）疲勞性嚴（yán）重不足;二是製件（jiàn）性能不高，難免存在疏鬆（sōng）、氣孔和未熔合等缺（quē）陷;三是大都采用激光、電子束為熱源，成（chéng）本高（gāo）昂。所以形（xíng）成了中看不中用的尷尬局麵。”張海（hǎi）鷗介紹（shào），正因如此，全球金屬3D打印行業一直處在“模型製造”和展示階段，無法進（jìn）入高端（duān）應（yīng）用。
2016年7月，張海鷗團隊（duì）研發出微鑄鍛同步複合設備，並打印出全球第一批（pī）鍛件：鐵路關（guān）鍵部件轍叉和航空發動機重要部件過（guò）渡鍛。專家表示，這（zhè）種新方法（fǎ）製件“強度和塑性等性能及均勻（yún）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（jiàn）的製造提供我國（guó）獨創國際領先的高效（xiào）率、短流程、低成本、綠（lǜ）色智能製造的前瞻性技術支（zhī）持。”
“常規3D打印金屬零件的過程是打印算一層，鑄造算（suàn）一層（céng），鍛壓又一（yī）層，三者要分（fèn）開依次進行，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（lěng）卻（què）的時間”。張海鷗介紹，智能微鑄鍛技術可以同時進行上述步驟，打印完成了，鑄鍛也就同時完成了。
“我們將原先需要8萬噸力才能完成（chéng）的動作，降低到八（bā）萬分之一，也就是不到1噸的力即可完成，同時一台設備（bèi）完成了過去諸多大（dà）型設備才能完成的工（gōng）作（zuò），綠色又高效。”他說。
從“跟跑”到（dào）“領跑”，為先進（jìn）製造業帶（dài）來深刻的技術變革
張海鷗介紹，我國3D打印（yìn）產業一（yī）直處於“跟跑”階段，與發達國家相比，我（wǒ）國3D打印產業大多停留在科研層麵。要擺脫“跟跑”的尷尬，必須創新。在他的研（yán）究方向上，處處都體現了創新精神。
“當時國內外的（de）金屬3D打印主要以激光、電子束為熱源，我們想降低成本，就選擇（zé）了等離子束為熱源，發現效率很高。”張（zhāng）海鷗介紹，等離子（zǐ）和（hé）激光做熱源都是通過高能束來熔（róng）化（huà）金屬粉末，製造金屬模具，但兩者的發生裝置和加工方式不同，等離子具有成本低、成形率（lǜ）高等優點。
十幾年前（qián），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（jiàn）使用，而要打印複雜（zá）製件，則（zé）幾乎不可能實現。張海（hǎi）鷗（ōu）帶（dài）領團（tuán）隊反複實驗，在金屬3D打印中（zhōng）加入了銑削環節，邊打印邊進行機械加工，攻克了此項難題，獲得國家（jiā）發明專利。
選擇鑄鍛合一的方向是更大的創新。“他首次跟我提出‘鑄鍛銑一（yī）體化’構（gòu）想時，我認為是異想天開，兩人為（wéi）此（cǐ）進行了激烈的爭吵。”王桂蘭說，很多時候（hòu），創新是在（zài）夫婦倆的爭吵中產生的。
反複實驗（yàn）、不斷試錯之後（hòu），研究方向愈加清晰。2010年，大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（háng）性。
鑄鍛一體化3D打印技術發（fā）布後，國外航（háng）空工業巨頭紛紛上門洽談（tán）合作。據介紹，美國通用公司不久前巨資收購了德國和（hé）瑞典兩家3D打（dǎ）印（yìn）公（gōng）司，但對於許多需要鍛造性能的大中型承力構件仍無（wú）能為力，而張海鷗（ōu）團隊的研究成果可彌補（bǔ）這個缺陷。
北（běi）京工業大學教授陳繼民認為，張海（hǎi）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景廣闊，比如對於長壽命、高可靠性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（jī）上（shàng），一（yī）種新（xīn）型複雜鈦合金接頭的製（zhì）造也已經（jīng）開始和張海鷗團隊合作，用（yòng）該技術（shù）打印出來的鈦合金抗（kàng）拉強（qiáng）度、屈服強度、塑（sù）性、衝擊韌性均超過傳（chuán）統鍛件。
目前，該技術正在西航動力公司、西安飛（fēi）機製造（zào）公司等新產品（pǐn）開發中應（yīng）用，已經試製了高溫合金雙扭葉輪、鋁矽合金熱壓泵體（tǐ）、發動機過渡段等零件，以及大型飛機蒙皮熱壓成形雙曲麵（miàn）模具、轎車翼子板衝壓（yā）成形FGM模具等（děng），應用前景廣闊。
目前，根據空客公司對（duì）飛機零部件的需求，張海（hǎi）鷗（ōu）團隊正在進行研發，“一旦繼續獲得認（rèn）可，我們（men）將贏得空（kōng）客的零部件生產的（de）訂單，同（tóng）時還可能獲得更多國際民用航空巨頭（tóu）的青睞。”張海鷗說（shuō）。
