我國攻破金屬3D打印的世界級技術難題，威武！
點擊量：422 發布（bù）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
華中科技大學（xué）張海鷗教授成功（gōng）研發“智能微鑄鍛銑複合製造技術”，並與法國（guó）空客公司舉行（háng）了技術合作簽約儀（yí）式，這是法中兩國在先進製造領域的一項重要合作。這位年（nián）過60歲的老人（rén）和夫（fū）人王桂蘭一起，帶領團（tuán）隊用（yòng）14年的時間，破解了困擾金屬（shǔ）3D(三（sān）維)打印的世界（jiè）級技術難（nán）題，實現了我國首超西方的微型（xíng）邊鑄邊鍛的顛覆性原始創新。
不僅是空客，美國通（tōng）用電氣（qì）公司不久前也主動上門洽談合作。創新成果被航空業巨頭（tóu）競相追逐，表明了（le）我國在3D打（dǎ）印技（jì）術上已經由“跟跑（pǎo）”開始進入“領跑”階段。
將金屬鑄（zhù）造、鍛壓（yā）技術合二為一，改變西方引領的製造（zào）模（mó）式
在華中（zhōng）科技大（dà）學，張海鷗、王桂蘭夫婦就像一段傳奇（qí）。跟電弧光（guāng）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曲折，剛起步時，他埋頭於軋鋼研究。但“這項技術，日本已經研究得差不多了”，導師的話如當頭一棒，他懵了。考慮（lǜ）再三，他於（yú）1987年東渡日本“取經”。
王桂蘭說（shuō），在日本工作之餘，她做得最多的就是收集資料，從課程（chéng）配（pèi）置到最前（qián）沿的技術，無所不有。“回國的時候（hòu），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。“唯有創新才有未來，跟在別人後麵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（chéng）本無模快速製造技術研究，4年後開始主攻（gōng）金屬（shǔ）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造、鍛壓技術合二（èr）為一，成功（gōng）製造出世界首批3D打印鍛件，實現3D打印鍛態等軸細晶化（huà）、高均（jun1）勻致密度、高強韌、形狀複雜的金（jīn）屬鍛（duàn）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（tóu）資和原（yuán）材料成本，大幅縮短製造流程與周期，全麵解決常規3D打印（yìn）成本高、工時長，打印不出經久耐用材質的世界性難題。
專家表示，這項技術改變了長期以來由西方引領的“鑄鍛銑分離”的傳統製造曆史（shǐ），將開啟實驗室製造大型機械的曆史。
攻克（kè）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（kē）技大（dà）學數（shù）字製造裝備與技術國家重（chóng）點實驗（yàn）室的實驗基地，張海鷗團隊正在加緊製造一批應用（yòng）於航空領域的高端金屬（shǔ）鍛件。目前由“智能微鑄鍛”打印出的高性能金屬（shǔ）鍛件，已達到2.2米長約260公斤。現有設備已打（dǎ）印飛機用鈦合（hé）金、海洋深潛器（qì）、核電用鋼等8種金屬材料，是世界上唯一可以打印出大型高可（kě）靠性能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（jiāo）鑄後（hòu）的金屬（shǔ）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，解決成型問題。但是對超大鍛機的過度依賴，導致（zhì）機械製作投資大、成（chéng）本高且製作流程長、能耗大（dà）、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而（ér）成為前沿性的先進製造技術。作為全球（qiú）新一輪科技革命和（hé）產業革（gé）命的重要推動力，目前已經在航空航（háng）天、醫療、汽車等領域開始獲得大規模應用。
“常規金屬3D打（dǎ）印存在致命缺陷：一是沒有經（jīng）過鍛造，金屬抗疲勞性嚴（yán）重不足（zú）；二是製件性能（néng）不高（gāo），難免存在疏鬆、氣孔和未熔合等缺陷；三是大都采用激光、電子束為熱源，成（chéng）本高（gāo）昂。所以形成了中看（kàn）不（bú）中用的（de）尷（gān）尬局麵。”張海鷗介紹，正因如此，全球金屬3D打印行業一（yī）直處在“模型製造”和展示階段，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（hé）設備，並打印出全球第一（yī）批鍛件：鐵路關鍵部（bù）件轍叉和航空發動機重要部（bù）件過渡鍛。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（yú）自由增材成形，並（bìng）超（chāo）過鍛件水平”，“將為航（háng）空航天高性能關鍵部件的製造提供我國獨創國際領先的高效（xiào）率、短（duǎn）流程、低成本、綠（lǜ）色智（zhì）能製造的前瞻性技術支持。”
“常（cháng）規（guī）3D打印金屬零件的過程（chéng）是打印算一層，鑄造算一層，鍛（duàn）壓又一層（céng），三者要（yào）分開依次進行，即前一（yī）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（jiān）”。張海鷗介紹，智（zhì）能（néng）微鑄鍛技術可以同時進（jìn）行上述步驟，打印完成了（le），鑄鍛也就同時完成了（le）。
“我們將原先需要8萬噸力才能完成的動作，降低（dī）到八萬分之一，也就是不到1噸的力即可完成，同時一台（tái）設備完成了過去諸多大型設備才能完成（chéng）的工作，綠色又高效。”他說。
從“跟跑”到“領跑”，為先進製造業帶（dài）來（lái）深刻的技術變革
張海鷗介紹，我國3D打印產業一直處於“跟跑”階段，與發達國家相比（bǐ），我國3D打（dǎ）印產業大多停留在科（kē）研層麵。要（yào）擺脫“跟跑”的尷尬，必（bì）須創新。在他的研究方向上，處處都體現了創新精神。
“當時國內外的金屬3D打印主要（yào）以激光、電（diàn）子（zǐ）束為熱源，我們想降（jiàng）低成本，就選擇了等離子（zǐ）束為熱（rè）源，發現效率很（hěn）高。”張海（hǎi）鷗（ōu）介紹，等離子和激光（guāng）做熱源都（dōu）是通過高能束來熔化金屬粉末，製造金屬模（mó）具，但兩者的發生裝置和加工方式不同，等離子具有成本低、成形率高等優點。
十（shí）幾年前，金屬3D打印（yìn）做出的（de）製件非常粗糙，經過（guò）後期機械加工後才能當做零件使用，而要打印複雜（zá）製件，則（zé）幾乎不可能實現。張海鷗帶領團（tuán）隊反複實驗，在金屬3D打印中加入（rù）了銑削環節，邊打印邊進行機械加工，攻克了此（cǐ）項難題，獲得國（guó）家（jiā）發（fā）明專利。
選擇鑄鍛（duàn）合一的方向是更（gèng）大的創新。“他首次跟我提（tí）出‘鑄鍛銑一體化’構想（xiǎng）時（shí），我（wǒ）認為是異想天開，兩（liǎng）人為此進（jìn）行了激烈的爭（zhēng）吵。”王桂蘭（lán）說，很多時候，創新是在（zài）夫（fū）婦倆的爭吵中產生的。
反複實（shí）驗、不斷試錯之後，研究方向愈加清晰。2010年（nián），大型（xíng）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性。
鑄（zhù）鍛一體化3D打印技術發布後，國外航空工業（yè）巨（jù）頭紛紛上門洽談合作。據介紹，美國通用（yòng）公司不久（jiǔ）前巨資收（shōu）購了德國和瑞典兩（liǎng）家3D打印（yìn）公司，但對於許多需要（yào）鍛造性能的大中型承力構件仍無能為力（lì），而張海鷗團（tuán）隊的（de）研究成（chéng）果（guǒ）可彌補這個缺陷。
北京工業大學教授陳繼民認為（wéi），張海鷗發明的（de）技術在航空航天、核電、艦船、高鐵等重點支柱領域的應用（yòng）前（qián）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（de）製（zhì）造有顯著優勢。
在我國研（yán）製的（de）新型戰鬥機上，一種新型複雜鈦合金接頭的（de）製造也已經開始和張海鷗團隊合作，用該技術打印出來（lái）的鈦合金抗拉強度、屈服強度、塑性、衝擊韌性均超過傳統鍛件。
目前，該技術正在西航動力公司、西安飛機製造（zào）公司等新產品開發中應（yīng）用，已經試製了高溫合金雙扭葉輪、鋁矽合金熱壓（yā）泵體、發動機過渡段等零件，以及大型飛機蒙（méng）皮熱壓成形雙曲麵模具、轎車翼（yì）子板衝壓成形FGM模具等，應用前景廣闊。
目前，根據空客公司對飛機零（líng）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（yíng）得空客的零部件（jiàn）生產的（de）訂單，同時還可能獲得更多國際民用航空巨頭的青睞。”張海鷗說。
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快猫视频APP下载安装(上海)增（zēng）材製造技術以金屬3D打印鎳（niè）基高溫合金粉、鈷合金粉、鈦合金粉、模具鋼粉為核心，生產（chǎn）的球形金屬合金粉粒徑超細、高純度、低含氧量、高球形度、成分無偏析而廣泛用於航空航天、汽車電子和模具中。
快猫视频APP下载安装(上（shàng）海)增材製（zhì）造技術具備（bèi）完善的產品研發和嚴格的粉末生產控製能力，能滿足苛刻環境中的粉末應用要求，為用戶提（tí）供高品質的（de）合（hé）金（jīn）球形粉，加快了高端球形粉國產化進程。
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