“智能微鑄鍛”——破解金屬（shǔ）3D打印的世界（jiè）級難題
點擊量：1274 發布時間：2017-02-26 作者：快猫视频APP下载安装（上海）增材製造技術有（yǒu）限公司
“我們的技術將在先進製造（zào）領域掀起新一輪的革命。”日前，華中科技大（dà）學機械科學與工程學院教授張海鷗攜其研發的“智能（néng）微鑄鍛銑複（fù）合製造技術（shù）”，與法國空客公司舉行了技術合作簽約儀式，這（zhè）是法中兩國在先進製造領域的一項重要合作。這位年過60歲的老人和（hé）夫人王（wáng）桂蘭一起，帶（dài）領團隊（duì）用14年的時間，破（pò）解了困擾金屬3D（三維）打（dǎ）印的世界級技術難題，實現了我（wǒ）國（guó）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（diàn）氣公司不久前（qián）也主動上（shàng）門洽談合作。創新成果被航空（kōng）業巨頭（tóu）競相追逐，表明了我國在3D打印技術（shù）上已經由“跟跑”開始進入“領跑”階段。
將金屬鑄造、鍛壓技（jì）術合二（èr）為一，改變西方引領的製造模式
在華中科技大學，張海鷗、王桂蘭夫婦就像一段傳奇。跟電弧光打交道十餘年，他們被稱為“華（huá）科（kē）居裏夫婦”。其實，張海鷗（ōu）的科研路頗為曲折，剛起步時，他埋頭於軋鋼（gāng）研究。但“這項技術，日本已經研究得差不多了”，導師的話如當（dāng）頭一棒，他懵了。考慮再三，他於1987年東渡日本“取經”。
王桂蘭說，在日本（běn）工作（zuò）之餘，她做得最多的就是查找資料，從（cóng）課（kè）程（chéng）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（le）31個大箱子。”
十幾（jǐ）年科研路，就是不斷試錯的過程（chéng）。“唯有創新才有未來，跟在別（bié）人後麵是不會有太大出路的（de）。”1998年，張海鷗被引進到華中科技大（dà）學，致力於高效低成（chéng）本無模快速製造技術研（yán）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，成功製造出世界首批3D打印鍛（duàn）件，實現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（gāo）了製件強度、韌性（xìng）、疲勞（láo）壽（shòu）命及可靠性，降低設備投資和原材料成本（běn），大幅縮短製造流程與周期，全麵解（jiě）決常規3D打印成本高（gāo）、工時長，打印（yìn）不出經久耐用材（cái）質的（de）世界性難題。
專家表示，這項技術改變了長期以（yǐ）來由西方引領的“鑄鍛銑（xǐ）分（fèn）離”的傳統製造曆史，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打印製件進入高端應用
最近幾天，在華中科技（jì）大學數字製（zhì）造裝備與技術國家重點實驗室的實驗基地，張海鷗團隊正在加緊製造一批應用於航空領域的高端（duān）金屬鍛件。目前由“智能微鑄鍛”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（bèi）已打印飛機用鈦合金、海洋深潛（qián）器（qì）、核電用鋼等8種金屬材料，是世界上唯一（yī）可以打印（yìn）出大型高可靠性能金屬鍛件的增（zēng）材製造技術裝備。
據介紹，在（zài）傳統機械製（zhì）造中，澆鑄後的金屬材（cái）料不能直接加工成高性能零部件，必須通（tōng）過鍛造改造其內部結構，解決成型問題。但是對超大鍛機（jī）的過度依賴，導致機械製作投資大、成本高且製作流程長、能耗（hào）大、汙染和浪費嚴重的問題。正因如此，金屬3D打印（yìn）技術因能解決以上弊病而成（chéng）為前（qián）沿性的先進製（zhì）造技術。作為（wéi）全球新一輪科技革命和產業革命的重要推動力，目前（qián）已經在航空航天、醫療、汽車等領域開始獲得大規模應用。
“常規金屬3D打印存在致（zhì）命缺陷：一是沒有經過鍛造，金屬（shǔ）抗疲勞性（xìng）嚴重不足；二（èr）是製件性能不高，難免存在疏鬆、氣孔和未熔合等缺陷；三是大都采用激光、電子束為（wéi）熱源（yuán），成本（běn）高昂。所以形成了中看不中用的尷尬局麵。”張海鷗介（jiè）紹，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（fǎ）進入（rù）高端應用。
2016年7月，張海鷗團隊研發出微鑄鍛同步複合（hé）設備，並（bìng）打印出全球第一批鍛件：鐵路關鍵部件轍叉和航空發動機重要部件過（guò）渡鍛。專（zhuān）家表示，這種新方法製件（jiàn）“強度和塑性等（děng）性能及均勻性顯著高於自由增（zēng）材成形，並超過鍛件水平”，“將為航空航（háng）天高性能關鍵部件的製造提供（gòng）我國獨創國際（jì）領先的高效率、短流（liú）程、低成本、綠色智（zhì）能製造的前瞻性技術支持。”
“常規3D打印金屬零（líng）件的過程是打印算一層，鑄造算一層，鍛壓（yā）又一（yī）層，三者要分開依次進行，即前一個步驟完了，後一個步驟方（fāng）可進行，中（zhōng）間還要（yào）騰出金屬冷卻的時間（jiān）”。張海鷗介紹，智能微鑄（zhù）鍛技術可以同時進（jìn）行上述步驟，打印完（wán）成了，鑄鍛也就同（tóng）時完成了。
“我們將原先需要（yào）8萬噸力才（cái）能完成的動作，降低到八萬分之一，也就是不到1噸的力即可完成，同時一台設備完成（chéng）了過去（qù）諸（zhū）多大型設備才能完成的工作，綠色又高效。”他說。
從“跟跑”到“領跑”，為先進製造業帶來深刻的技術變革
張海鷗介紹，我國3D打印（yìn）產業一直（zhí）處於“跟（gēn）跑（pǎo）”階（jiē）段，與發（fā）達國家相比，我國3D打印（yìn）產業大多停留在科研層麵。要擺脫“跟跑”的尷尬，必（bì）須創（chuàng）新。在他的研究（jiū）方（fāng）向上，處處都體（tǐ）現了創（chuàng）新精神。
“當時國（guó）內外（wài）的金屬3D打印主要以激（jī）光、電子束為熱源，我們想降低成本（běn），就（jiù）選擇了等離子（zǐ）束為熱源，發現效率很高。”張（zhāng）海鷗介紹（shào），等離子（zǐ）和激光（guāng）做熱（rè）源都是通過高能束來熔化金（jīn）屬粉末，製造金屬模具，但兩者的（de）發生裝置和加工方（fāng）式不同，等離子具有成本低（dī）、成形率高等優點。
十幾（jǐ）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（cái）能當做（zuò）零件使用，而（ér）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（shí）驗，在金屬3D打印中加入了銑削（xuē）環節，邊打印邊進行機械加工，攻克了（le）此項難題，獲得（dé）國家發明專利。
選擇鑄鍛（duàn）合一的方向是更大的創新。“他首次跟我提出‘鑄（zhù）鍛銑一體化’構（gòu）想時，我認為（wéi）是異想天開（kāi），兩人為（wéi）此進行了（le）激烈的爭吵。”王桂蘭說，很多時候，創新是在夫婦倆的爭吵中產生的。
反複實驗、不斷試錯之後，研究方向愈加清晰。2010年，大型飛機蒙（méng）皮熱壓成（chéng）形模具的誕生，驗證了在金屬3D打印中複合鍛打的可行性。
鑄鍛一體化3D打印技術（shù）發布（bù）後，國外航空工業巨頭紛紛上門洽談（tán）合作。據介紹，美國通用公（gōng）司不久前巨資收購了德國和瑞典兩家3D打印公司（sī），但對於許多需要鍛（duàn）造性能的大中型（xíng）承力構件仍無能為力，而（ér）張海鷗團隊的研（yán）究（jiū）成果可彌補（bǔ）這個缺陷。
北京（jīng）工業大學教授（shòu）陳繼民認為，張（zhāng）海鷗發明的技術在航空航天、核電、艦船（chuán）、高鐵等重點支柱領域的應用（yòng）前景（jǐng）廣闊，比如對於長壽命、高（gāo）可靠性的（de）航空發動機關鍵部（bù）件的製造有顯著優勢。
在我國研製的（de）新型戰鬥機（jī）上，一種新型複（fù）雜鈦合金接頭的製造也已經開始和（hé）張海鷗團隊合作，用該技（jì）術打印出來的鈦合金抗拉（lā）強度、屈服強度（dù）、塑性、衝擊韌性均超過傳統鍛件。
目（mù）前，該技（jì）術正在（zài）西航動力公司、西安飛機製造公司等新產（chǎn）品開發中應用（yòng），已經試製了高溫合金雙扭（niǔ）葉輪、鋁矽合金熱壓泵體、發動機過渡段（duàn）等零件，以及大型飛機蒙皮熱壓成形雙曲麵模具、轎車翼子板衝壓成形FGM模具等，應用前景廣闊（kuò）。
目前，根據空客公司對飛機零部件的需（xū）求，張海鷗團隊正（zhèng）在進行研發，“一旦繼續（xù）獲得認（rèn）可，我們將贏得（dé）空客的零部件生產的訂單，同時還可（kě）能獲得更多國際民（mín）用航（háng）空巨頭的青睞。”張海鷗說。
快猫视频APP下载安装(上海)增材製造技術（shù）有限公司是國內（nèi）3D金屬（shǔ）打印粉末專業的材（cái）料供應商，公司（sī）成立於2016.8，是一家科技創新型企（qǐ）業，專業致力於3D金屬粉末耗材開發與工藝開發設計，為增材製造提供材料（liào）應用技術（shù）解決方案。
快猫视频APP下载安装(上海)增材製造技術以金屬3D打印（yìn）鎳基高溫合（hé）金粉、鈷（gǔ）合金粉、鈦合金粉、模具鋼（gāng）粉為核（hé）心，生產的球形（xíng）金屬合金（jīn）粉粒徑超細、高純度、低含氧量、高球形度、成分（fèn）無偏析而廣泛用於航空航天、汽（qì）車電子和模具中。
快猫视频APP下载安装(上海)增材製造技術具備完善的產品研（yán）發和嚴格的粉末生產控製能力，能滿足苛（kē）刻環境中的粉末應用要求，為（wéi）用戶提供高品質的合金球形粉（fěn），加快了高（gāo）端球（qiú）形粉國產化進（jìn）程。
