中國破解3D打（dǎ）印世界性難題！~~~
點（diǎn）擊（jī）量：383 發布時間（jiān）：2017-01-23 作者：狀（zhuàng）邁（上海）增材製造技術有限公司
“我們的技術將在先進製造領域掀起新一輪的革命（mìng）。”日前（qián），華中科技大學機械科學與工程學（xué）院教授（shòu）張海鷗攜其研發的“智能微鑄鍛（duàn）銑複合製造技術”，與（yǔ）法國空客公司舉行了技（jì）術合作（zuò）簽約儀式（shì），這是（shì）法中兩國在先進製造領域的一項重要合作。這位年過60歲的老人和夫人王桂蘭一起，帶領團隊用14年的時間，破解了困擾金屬3D(三維)打印的（de）世（shì）界級（jí）技術難題，實現了我（wǒ）國（guó）首超西方的微型邊鑄邊（biān）鍛的顛覆性原始創新。
不僅是空客（kè），美國通用電氣公司不久前也主動（dòng）上門洽談合（hé）作。創新成果被航空（kōng）業巨（jù）頭競相追（zhuī）逐，表明了我國在3D打印技術上已經（jīng）由“跟（gēn）跑”開始進入（rù）“領跑”階段。
將金屬鑄造、鍛壓（yā）技術合二為（wéi）一，改變西方（fāng）引（yǐn）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“華科居裏夫婦”。其實（shí），張海鷗的科研路頗為（wéi）曲折，剛起步時，他埋頭於（yú）軋鋼（gāng）研究。但“這項技術，日本已經研（yán）究得差（chà）不多了（le）”，導師的（de）話如當頭一棒，他懵了。考慮再三，他於1987年東渡日本“取經”。
王桂蘭說，在日本工作之餘，她做得最多（duō）的（de）就是查找資料（liào），從課程配置到最前沿（yán）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（chéng）。“唯有創新才有（yǒu）未來，跟在別人後麵是不會（huì）有太大出路的。”1998年，張海鷗被引進到華中科技（jì）大學，致（zhì）力於高效低成本無模快速製造技術研究，4年後開始主攻金屬（shǔ）3D打印。
試錯之（zhī）後迎來創新。2016年7月，張海鷗團隊創造性地將金屬鑄造（zào）、鍛壓技術合二（èr）為（wéi）一，成功（gōng）製造出世界首批3D打印鍛件，實現（xiàn）3D打印鍛態（tài）等軸（zhóu）細（xì）晶化、高均勻致密度、高強韌（rèn）、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（dī）設備投資和原材料成本，大幅（fú）縮短（duǎn）製（zhì）造流程與周期，全（quán）麵解決（jué）常規3D打印成本高、工時長，打印不出經久耐（nài）用材質的世界性難題。
專（zhuān）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（de）傳統製造曆史，將開啟實（shí）驗室製造大型機械的曆（lì）史。
攻克傳統技術難題，推動金（jīn）屬3D打印製件進入高端應用
最近幾天，在華中（zhōng）科技大學數字製造（zào）裝備（bèi）與技術國家重點實（shí）驗室的實驗（yàn）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屬鍛件。目（mù）前（qián）由“智能微鑄鍛”打（dǎ）印（yìn）出的高性能金（jīn）屬鍛件，已達到2.2米長約（yuē）260公斤。現有設備已打印飛機（jī）用鈦合金、海（hǎi）洋深潛器、核電用鋼等8種金（jīn）屬材料，是世（shì）界上唯一可以打（dǎ）印出大型（xíng）高可靠性能金屬鍛件的（de）增材製造技術裝（zhuāng）備。
據介紹（shào），在傳統機械製造中，澆鑄後的金屬材料不能直（zhí）接加（jiā）工成（chéng）高性能零部件，必須通過（guò）鍛（duàn）造（zào）改造其內部結構，解決成型問題。但（dàn）是對超大鍛機的過（guò）度依賴，導致機械製作投（tóu）資大、成本高且製作流程長、能耗大、汙染和浪費嚴重的問題。正因如此，金屬3D打（dǎ）印技術因能解決以上弊病（bìng）而成為前沿性的先進製造技術。作為全球新一輪科技革命和產業革命的（de）重要推動力，目前已經（jīng）在航（háng）空航天、醫療、汽車等領域開（kāi）始獲得大（dà）規模應用。
“常規金屬3D打印存在致命缺陷：一（yī）是沒有經過鍛造，金屬抗（kàng）疲勞性嚴（yán）重不足;二是製件性能不高，難免存（cún）在疏鬆、氣孔和未熔合等缺陷;三（sān）是大都（dōu）采用激光、電子束為（wéi）熱源，成本高（gāo）昂（áng）。所以形成了中看不中（zhōng）用的尷尬局麵（miàn）。”張海鷗介紹，正（zhèng）因如此，全球金屬3D打印行（háng）業一直處在“模型製造”和展示階（jiē）段，無法進入高端應用。
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（dì）一批鍛件：鐵路關鍵部（bù）件轍叉和航空發動機重要部件（jiàn）過渡鍛。專家表示，這種新方（fāng）法製件（jiàn）“強度和塑性等性能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（de）製造提供我國獨創（chuàng）國際領先的高效率、短流（liú）程、低成本、綠色智能製造的前瞻性技術（shù）支（zhī）持。”
“常（cháng）規3D打印金屬零件的過程是打印（yìn）算一層，鑄造算一層，鍛壓又一層，三者要分（fèn）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（hái）要騰出金屬冷卻的時間”。張海（hǎi）鷗介（jiè）紹，智能微（wēi）鑄鍛技術可（kě）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（néng）完（wán）成的（de）動作，降低到八萬分之一，也就是不到1噸的力即可完成，同時一台設備完成了過去諸多大（dà）型設備才能完成的工作，綠色又高效。”他（tā）說。
從（cóng）“跟跑”到“領跑”，為先（xiān）進製造業帶來深刻的（de）技術變革
張海鷗介（jiè）紹，我國3D打印產業一直處於“跟跑（pǎo）”階段，與發達國家相比，我國3D打印產業大多停留在科（kē）研層麵。要（yào）擺脫“跟（gēn）跑”的尷尬，必須創新。在他的研究方向上（shàng），處處都體（tǐ）現了創新精神。
“當時國（guó）內外的金屬3D打印主要以激光、電子束為熱源，我們想降低成本，就選擇了等離子束為熱源，發現效率很高。”張海鷗介紹，等離子和激光做熱源都是（shì）通過高（gāo）能束來熔化金屬粉末，製造（zào）金屬模具，但兩者的發生裝置和加工方式不同，等離子具（jù）有成本低、成形率高等優（yōu）點。
十幾年前，金（jīn）屬3D打印做出的製件非常粗糙，經過後期（qī）機械加（jiā）工後才能當做零件使用（yòng），而要打印複雜（zá）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，邊打印邊進行機械加工，攻克了此項難題，獲得國家發（fā）明專利。
選擇鑄鍛合一的方向是更大（dà）的創新。“他首次跟我提出‘鑄（zhù）鍛銑一體化’構想時，我認為是異想天開，兩人為此進行了激烈的爭（zhēng）吵。”王桂蘭說，很多時候（hòu），創新是在夫婦倆的（de）爭吵中產生的（de）。
反（fǎn）複實驗、不（bú）斷試（shì）錯之後，研究方向愈加清晰。2010年，大型飛機蒙皮熱（rè）壓成形模具的（de）誕生，驗（yàn）證了在金屬3D打印中複合鍛打的可行性。
鑄鍛一體化3D打印技術發布後，國外（wài）航空工業巨頭（tóu）紛紛上門洽談合（hé）作。據介紹，美國通用公司不久前巨資收購了德（dé）國和（hé）瑞典兩（liǎng）家3D打印公司（sī），但對於許多需要（yào）鍛造性（xìng）能的大中型承力構件仍無能為力，而張海（hǎi）鷗團隊（duì）的研究成果可彌補這個缺陷。
北（běi）京工（gōng）業大（dà）學教授（shòu）陳繼民認為，張海鷗發明的技術在航空（kōng）航天、核（hé）電、艦船（chuán）、高鐵（tiě）等重（chóng）點支柱領域的應用前（qián）景廣闊（kuò），比如對於長壽命（mìng）、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上，一種（zhǒng）新型複雜鈦合金接頭的製造也已經開始和張海鷗團隊合作，用（yòng）該技術打印出來的鈦（tài）合金抗（kàng）拉強度、屈服強度、塑性、衝擊韌性均（jun1）超過傳統鍛（duàn）件。
目前，該技術（shù）正在（zài）西航（háng）動力公（gōng）司、西（xī）安飛（fēi）機製造（zào）公司等新產品（pǐn）開發中應用，已經試製了高溫合金雙扭葉輪、鋁矽合金（jīn）熱（rè）壓泵體、發動機過渡段等零件（jiàn），以及大（dà）型飛（fēi）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（guǎng）闊。
目前（qián），根據（jù）空客公司（sī）對飛機零部件的需求，張海鷗團隊正在進行研發，“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（shí）還可能獲得更多國際民用航空巨頭的青睞。”張海鷗說。
