“智能微鑄鍛”——破解金屬3D打印的世界級難題
點擊量：1135 發（fā）布時間：2017-02-26 作者：快猫视频APP下载安装（上海）增（zēng）材製造技術有限公司（sī）
“我們的（de）技術（shù）將在先進製造領域掀起新（xīn）一輪的（de）革命（mìng）。”日前，華中科技大（dà）學機械科學與工程學院教（jiāo）授張（zhāng）海鷗攜其研發（fā）的“智能微鑄鍛銑複合製造技術”，與法國空客公司舉行了技術合作簽約儀式，這是法中兩國在先進（jìn）製造領域的一項重要合作。這位年（nián）過60歲（suì）的老人和夫人王桂蘭（lán）一起，帶領團隊用（yòng）14年的時間，破解了困擾金屬3D（三維）打印的世界級（jí）技術難題（tí），實現了我國首超西方（fāng）的微（wēi）型（xíng）邊鑄邊（biān）鍛的顛覆（fù）性（xìng）原（yuán）始（shǐ）創新。
不僅是空客，美國通用電氣公司不久前也主（zhǔ）動上門洽談（tán）合作。創新成果被航空業巨頭競相追逐，表明了我國在3D打印技術上已經由“跟跑”開始進入“領跑”階段。
將金屬鑄造、鍛壓技術合二（èr）為一（yī），改變西方引領的製造（zào）模式
在華中科技大學，張海鷗（ōu）、王桂蘭夫婦（fù）就像一段傳奇。跟電弧光打交（jiāo）道（dào）十（shí）餘年，他們被稱為“華科居裏夫婦”。其實，張海鷗（ōu）的科研路頗為（wéi）曲折，剛起步時，他（tā）埋頭於軋鋼研究。但“這（zhè）項技術，日本已經研究得差不（bú）多（duō）了”，導師的話如當頭一棒，他懵了。考慮再三，他於1987年東渡日本（běn）“取經”。
王桂蘭說，在日本工作之餘，她（tā）做得最多的就（jiù）是查找資料，從課程配置到最（zuì）前沿的技術，無所不有。“回國的時候，資料整（zhěng）整打（dǎ）包了31個大箱子。”
十幾年科研路，就是不斷（duàn）試錯的過程。“唯（wéi）有創新才有未來，跟在別人後（hòu）麵是不會（huì）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模快速製造技術研究，4年後開始主攻金（jīn）屬3D打印。
試錯之後迎來（lái）創新。2016年7月，張海鷗團隊創造性地將（jiāng）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，全麵提高了製件強度、韌性、疲勞壽命及可靠性，降低設備投資和原材料成本，大幅縮短製造流程與（yǔ）周期，全麵解決常規3D打印成本高、工（gōng）時長，打印不出經久耐用材質的世（shì）界性難題。
專（zhuān）家（jiā）表示，這項技術改變了長（zhǎng）期以來由（yóu）西方引領（lǐng）的“鑄鍛銑分離”的傳（chuán）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（shù）難題，推動金屬（shǔ）3D打印（yìn）製件進（jìn）入（rù）高端應用
最近幾（jǐ）天，在華中科（kē）技大學數字製造裝備與技術國家重點實驗室的實驗基地（dì），張海鷗團隊正在加緊製造一批應用於航空領域的（de）高端金（jīn）屬鍛件。目前由“智能微鑄鍛”打印出的高性（xìng）能金屬（shǔ）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（shǔ）材料，是世（shì）界上唯一可以打印出大型高可靠性能（néng）金屬鍛件的增材製造技（jì）術裝備。
據介紹，在傳統機械製造（zào）中，澆鑄後的金屬材（cái）料不能直接加工成高性能零部（bù）件，必須通過（guò）鍛造改造其內（nèi）部結構，解決（jué）成型問題。但是對超大鍛機（jī）的過度（dù）依賴，導致機械製作（zuò）投（tóu）資大、成本高且製作流（liú）程長（zhǎng）、能耗大、汙染和浪費嚴（yán）重的問題。正因如此，金屬3D打印技術因能解（jiě）決以上弊病而成為前沿性的先進製造（zào）技術（shù）。作為全球新一輪科技革命和產業革（gé）命的重要推動力（lì），目前已經在航空航（háng）天、醫療、汽車等領域開始獲得大規模（mó）應用。
“常規金（jīn）屬3D打印存在致命（mìng）缺陷：一是沒有經過鍛造，金屬抗疲勞性嚴重不足；二是製（zhì）件性能不高，難免存（cún）在疏（shū）鬆、氣孔和未熔合等缺陷；三是大都采用激光、電子束為熱源（yuán），成本高昂。所以形成了中看（kàn）不中用的（de）尷尬（gà）局麵。”張海鷗介紹，正因如此，全（quán）球金屬3D打印行業一直處在“模型製造”和展示（shì）階段，無法進入高端應用。
2016年7月，張海鷗（ōu）團隊（duì）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（guān）鍵部件轍叉和航空（kōng）發動機重要部件（jiàn）過渡鍛。專家表示（shì），這種新方法製件“強度和塑性等性能及均勻性顯著（zhe）高於自由增材成形，並超（chāo）過鍛件水平”，“將為（wéi）航空（kōng）航天高性能關鍵（jiàn）部件（jiàn）的製造提供我國獨創國際領先的（de）高效率、短流程、低成（chéng）本（běn）、綠色智能製造（zào）的前（qián）瞻性技術支持。”
“常規3D打印金屬（shǔ）零件的過程（chéng）是打印算一層，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（gè）步驟方可進行，中間還要騰出金屬冷卻（què）的時間”。張海鷗介紹，智能（néng）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，降低到八萬分之一（yī），也就是不到1噸的力即可完成（chéng），同時一台設備完成了過去諸多大型設備才能完成（chéng）的工作，綠色（sè）又（yòu）高效。”他說。
從（cóng）“跟跑”到（dào）“領跑”，為先（xiān）進製造業帶來深刻的技術變革
張海鷗介紹，我國3D打印產業一直（zhí）處於“跟跑”階段，與發達國家相（xiàng）比，我國（guó）3D打（dǎ）印產業大（dà）多停留在科研層麵。要擺脫“跟跑”的尷尬，必須創新。在（zài）他的研究方向上，處處都體現了創新精神。
“當（dāng）時（shí）國內外的金屬（shǔ）3D打印（yìn）主要以激光、電子束為熱源（yuán），我們想降低成本，就選擇了等離子（zǐ）束（shù）為熱源，發現（xiàn）效率很高。”張海鷗介紹，等離（lí）子和激光做熱源（yuán）都是通過高能束來熔化金屬粉末，製造金屬模具，但兩者的發生裝置（zhì）和加工方式不同，等離子具有成本（běn）低、成形率高等優點。
十幾年前，金屬（shǔ）3D打印做出的製件非常粗糙，經過後期機（jī）械加工後才能當做零件使用，而要打印複雜（zá）製件，則幾乎不可能（néng）實現（xiàn）。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（biān）打印邊進行機械加工，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（cì）跟我提出‘鑄鍛（duàn）銑一體化’構想時，我認（rèn）為是異想天開，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（zhōng）產生的。
反複實驗、不斷試（shì）錯（cuò）之後，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（yìn）中複合鍛打的可行性。
鑄鍛一體化3D打印技術發布後，國外航空工業巨頭（tóu）紛紛上門洽談合作。據介紹，美國通用公司不久前巨資收（shōu）購了德國（guó）和瑞典兩家3D打印公司，但對於（yú）許多需要鍛造性（xìng）能的大中型承力構件仍無能為力，而張（zhāng）海鷗團隊的研究成果可彌補這個缺陷。
北京工業大學教授（shòu）陳繼民認為，張海鷗發明的技術在（zài）航空航天、核電（diàn）、艦船、高鐵等重點支柱領（lǐng）域（yù）的應（yīng）用前景廣闊，比如對於長壽命、高可靠（kào）性的航空發動機（jī）關鍵部件的製造有顯著優勢。
在我國研製的新型戰鬥機上，一種新型複雜鈦合金接頭的製造也已經開始（shǐ）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（qū）服強度、塑性、衝擊韌性（xìng）均超過傳統鍛（duàn）件。
目前（qián），該技術（shù）正在西航（háng）動力（lì）公司、西安飛機製（zhì）造公司等新產品開發中應用，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，以及大型飛機蒙皮熱壓成（chéng）形雙曲麵模具、轎車翼子板衝壓（yā）成形FGM模具等，應用前景廣（guǎng）闊。
目前，根據空客公司對飛機零部件的（de）需求，張海鷗團隊正在進行（háng）研發，“一旦繼續獲（huò）得認可，我們將（jiāng）贏得空客（kè）的零部件生產的訂單，同時還可能獲得更多國（guó）際民用（yòng）航空巨頭的青睞（lài）。”張海鷗說。
快猫视频APP下载安装(上海)增材製造技（jì）術有限公司是（shì）國內3D金屬打印粉末專業（yè）的材（cái）料供應商（shāng），公司成立於2016.8，是一家科技創新型企業（yè），專業致（zhì）力（lì）於（yú）3D金屬粉（fěn）末耗材開發與工藝（yì）開發設計，為增材（cái）製造提（tí）供（gòng）材料應（yīng）用技術解決方案。
狀（zhuàng）邁(上（shàng）海)增材製造技術以金屬3D打（dǎ）印鎳基高溫合金粉、鈷（gǔ）合金粉、鈦合金（jīn）粉（fěn）、模具鋼粉為核（hé）心，生產的球形金屬合金粉（fěn）粒徑超細、高純度、低含氧量、高球形度（dù）、成（chéng）分無偏析而廣泛用於航空航天、汽車電子（zǐ）和模具中。
快猫视频APP下载安装(上海（hǎi）)增材製造技術具備完善的產品研發和嚴（yán）格的粉末生產控（kòng）製能力，能滿足苛刻環境中的粉末應用要求，為用戶提供（gòng）高品（pǐn）質（zhì）的合（hé）金（jīn）球形粉（fěn），加快了高端球形粉國產化進程。
