我國攻破金屬3D打印的世界級技術難題，威武！
點擊量：370 發布時間：2017-02-26 作者：快猫视频APP下载安装（上海）增材製造技術有限公司
華中科技大（dà）學張海鷗教授（shòu）成功研發“智能（néng）微鑄鍛銑複合製造技術（shù）”，並與法國空客公司舉行了（le）技術合作簽約儀式，這是法中兩國在先進製造（zào）領（lǐng）域的（de）一項重要合（hé）作。這位年過60歲（suì）的老（lǎo）人和（hé）夫人王（wáng）桂蘭一起，帶領團隊用14年的時間，破解了困（kùn）擾金屬3D(三維)打印的世界（jiè）級技（jì）術難題（tí），實現了我國首超西（xī）方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創新。
不（bú）僅是空客，美（měi）國通用電氣公司不久前也（yě）主動上門洽談合作。創新成果被航空業巨頭競相（xiàng）追（zhuī）逐，表明了我國在3D打印技術上已經由“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（men）被（bèi）稱為“華科居裏夫婦”。其（qí）實，張海鷗（ōu）的科研路頗為曲折，剛起步時，他埋頭於軋鋼研究。但“這項技術，日（rì）本已經研究得差不多了”，導師（shī）的話如當頭（tóu）一棒，他懵了。考（kǎo）慮再三，他於1987年東渡日（rì）本“取經（jīng）”。
王桂蘭說，在日本（běn）工作之餘，她做得最多（duō）的就是收集資料，從課程配置到最前沿的技術（shù），無所不有。“回（huí）國的時候，資料整（zhěng）整打包（bāo）了31個大箱子。”
十幾年科研路，就是不斷試錯的過程。“唯有創新才有未來，跟在別人後麵（miàn）是不會有太大出路的。”1998年，張海鷗被引進到華中科技大學，致力於高效低成本無（wú）模快速（sù）製造（zào）技術研究，4年後開始主攻金屬（shǔ）3D打印。
試錯之後迎來創新。2016年（nián）7月，張海鷗團隊創造性（xìng）地將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，成功製造出世界首批3D打印（yìn）鍛件，實現3D打印（yìn）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（le）製件強度、韌性、疲勞壽命及可靠性，降低設備投資和原材（cái）料成本（běn），大幅縮短製造流程與周期，全麵解決常規3D打印成本高、工時長，打印不出經久耐用材質的（de）世界性難題。
專家表（biǎo）示，這項技術改變（biàn）了長期以（yǐ）來由西方引領的“鑄鍛銑（xǐ）分離”的傳統製（zhì）造曆史，將（jiāng）開啟（qǐ）實驗室製造大（dà）型機械的曆史（shǐ）。
攻克傳統技術難題，推動金屬3D打印製件進（jìn）入高（gāo）端應用
最近幾天，在華中科技大學（xué）數字製造裝備與技術國家重點實驗室的實驗（yàn）基（jī）地，張海鷗團隊正在加緊（jǐn）製造（zào）一批應用於航空領域的高（gāo）端金屬鍛件。目前由“智（zhì）能（néng）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（yáng）深潛（qián）器、核電用鋼等8種金（jīn）屬材料，是世界上唯（wéi）一可以打印出大型高可靠性能（néng）金屬鍛件的增材製造技術裝備。
據介紹，在傳統機械製（zhì）造中，澆鑄（zhù）後的金屬材料不能直接加工成（chéng）高性能零部件，必須通過鍛造改造其內部（bù）結構（gòu），解決（jué）成型問題。但是對超大鍛機（jī）的過度依賴，導致機械製作（zuò）投資大、成本高（gāo）且製作流程長、能（néng）耗大、汙染和浪費嚴重的問題。正（zhèng）因（yīn）如此，金屬3D打印技術因能解決以上弊病而成為前沿性的（de）先進製造技術。作為全（quán）球新一（yī）輪科技革命（mìng）和產業革命的重要推（tuī）動力（lì），目前已經在航空航天、醫療、汽車（chē）等領域開始獲（huò）得大（dà）規模（mó）應用（yòng）。
“常規金屬3D打印存（cún）在致命缺（quē）陷：一是沒有經過鍛（duàn）造，金屬抗疲（pí）勞性嚴重（chóng）不足；二是製件性能（néng）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（shù）為熱（rè）源，成本高昂。所以（yǐ）形成（chéng）了中看不中用的尷尬局麵。”張海鷗介紹，正因如此，全球金屬3D打印行業一直處在（zài）“模型製造”和展示階（jiē）段，無法進入高（gāo）端應用。
2016年7月，張海鷗團隊（duì）研（yán）發出微（wēi）鑄鍛同（tóng）步複合設備，並打印出全球第一批（pī）鍛件：鐵（tiě）路關鍵部件轍叉和航空發動機重要部件過渡鍛。專家（jiā）表示，這種新方法製件“強度和塑性等性能及均勻性（xìng）顯著（zhe）高於自由增材成形，並（bìng）超過鍛件水平”，“將為航空航天高性能關鍵部件的製造（zào）提供我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（qián）瞻性技術支持。”
“常規3D打印（yìn）金屬零件的過程是（shì）打印算一層（céng），鑄造算一層，鍛壓又一層，三者要分開依次進行，即前一個步驟完了，後一個步驟方可進行，中間還要騰出金屬冷卻的時間”。張海鷗介紹，智能微鑄鍛技術可以（yǐ）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（jiāng）原先需要（yào）8萬噸力才能完成（chéng）的（de）動作，降低到八萬分之一，也就是（shì）不到1噸的力即可完成，同時一台設（shè）備完成（chéng）了過去諸（zhū）多大型設備才能完成的工（gōng）作，綠色又高效。”他（tā）說。
從“跟跑”到“領跑”，為（wéi）先進製造業帶來深刻的技術（shù）變革
張海（hǎi）鷗介（jiè）紹，我國3D打印產業一直處於“跟跑”階段，與發達國家相比，我國3D打印產業大多停留在科研層麵。要擺脫“跟跑”的（de）尷尬，必須創新。在他的研究方向上，處（chù）處都體現了創新精（jīng）神。
“當時國內（nèi）外的金屬（shǔ）3D打印（yìn）主要以激光、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，發現效率很高。”張海（hǎi）鷗介紹，等離子和激光做熱源都是通過高能束來熔化金（jīn）屬（shǔ）粉末，製造金（jīn）屬模具，但兩者的發生裝置和加工方式不同，等離子具有（yǒu）成本低、成形率高（gāo）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（jiàn）使用，而要打印複雜製件，則（zé）幾乎不可能（néng）實現。張海鷗帶領團隊反複實驗，在金屬3D打印中加（jiā）入了銑削環（huán）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是更大的創新。“他首次跟我提出‘鑄鍛（duàn）銑一體化’構想時，我認為是（shì）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（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（háng）性。
鑄鍛（duàn）一（yī）體化3D打印技術發布後（hòu），國外航空工業巨（jù）頭紛紛上門洽（qià）談合作。據介紹，美國通用公司不久前（qián）巨資（zī）收購（gòu）了（le）德國和（hé）瑞典兩家3D打印（yìn）公司，但對於許多需要鍛造性能的大中型承力構件仍無能為力，而張海鷗團隊的研究成果可彌補這個缺陷（xiàn）。
北京工業大學教授陳繼民認為，張海鷗發明（míng）的技術在航空航天、核電、艦船、高鐵等重點支柱（zhù）領域的應用前景廣闊，比如對於長壽（shòu）命、高可靠性的（de）航空發動機（jī）關鍵（jiàn）部件的製造有顯（xiǎn）著優勢。
在我國研製的新型戰鬥（dòu）機上，一種新型複雜鈦合金接頭的製造也已經開始和張海鷗團（tuán）隊合作，用該技術打印出來的鈦合金抗拉強度、屈服（fú）強度、塑性、衝擊（jī）韌性均超過（guò）傳統（tǒng）鍛件。
目前，該技術正在西航動力公司、西安飛機製造（zào）公司（sī）等新產品開發（fā）中應用，已經試製了高溫合金（jīn）雙扭葉（yè）輪、鋁矽（guī）合金熱壓泵體、發動機過渡段等零件，以及大型飛機蒙皮熱壓成形雙（shuāng）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，根據空客公司對飛機零部件的（de）需求，張海鷗（ōu）團隊正在進行研發（fā），“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（kōng）巨頭的青睞。”張海鷗說。
快猫视频APP下载安装(上海)增材製造技術有限公司是（shì）國（guó）內3D金屬打（dǎ）印粉末專業的材料供應商，公司成（chéng）立於2016.8，是一家科技創新型企業，專業致力於3D金屬粉（fěn）末耗材開發與工（gōng）藝開發設計，為增材製造提供材料應用技（jì）術解決方案。
快猫视频APP下载安装(上海)增材製造技術以金屬3D打印鎳（niè）基（jī）高溫合金粉、鈷合金粉（fěn）、鈦合金粉、模具（jù）鋼粉為核心，生產的球形金屬合金粉粒徑（jìng）超細、高純（chún）度、低含氧量、高球形度、成分無偏析而廣泛用於航空航天、汽車電（diàn）子（zǐ）和模具中（zhōng）。
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