金屬3D打印“微鑄鍛”,以綠色制造實(shí)現(xiàn)“彎道超車(chē)”

來(lái)源：經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)

近日，國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)工作辦公室公示了2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)的受理項(xiàng)目名單，其中“大型復(fù)雜高端零件微鑄鍛同步超短流程制造技術(shù)與裝備”即金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)提名2020年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。提名意見(jiàn)描述，“該重大原創(chuàng)性成果，有力支撐我國(guó)高端裝備自主創(chuàng)新，引領(lǐng)短流程制造技術(shù)革命和傳統(tǒng)工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)。”

由華中科技大學(xué)教授張海鷗首創(chuàng)、武漢天昱智能制造有限公司孵化，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地將金屬鑄造、鍛壓技術(shù)合二為一，首創(chuàng)微鑄鍛增等材同步制造方法與理論，發(fā)明并研發(fā)了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心競(jìng)爭(zhēng)力的微鑄鍛同步制造系列技術(shù)與裝備，攻克了大型復(fù)雜高端鍛件無(wú)法高品質(zhì)短流程制造的"卡脖子"難題。專(zhuān)家組認(rèn)為，這項(xiàng)原創(chuàng)金屬3D打印技術(shù)能夠提名國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，充分說(shuō)明，該技術(shù)在原創(chuàng)性、領(lǐng)先性、技術(shù)難度與成熟完備性的巨大優(yōu)勢(shì)，以及社會(huì)效益及發(fā)展前景的巨大潛力。

一個(gè)月前，為保證國(guó)防重大項(xiàng)目的如期完成，張海鷗團(tuán)隊(duì)在武漢未“解封”時(shí)，毅然選擇逆行，在金屬3D打印“微鑄鍛”裝備的生產(chǎn)基地——天昱智造開(kāi)啟復(fù)工復(fù)產(chǎn)工作。在天昱智造生產(chǎn)廠房里，弧光閃爍、機(jī)聲轟鳴。記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，一個(gè)個(gè)復(fù)雜金屬零件結(jié)合獨(dú)特微鑄鍛銑工藝，邊打印邊加工，猶如一件件藝術(shù)品驚艷亮相于生產(chǎn)線上�！拔覀兺ㄟ^(guò)在線采集光、電、熱、力、聲等全方位信號(hào)數(shù)據(jù)，并自寫(xiě)算法建模分析進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與缺陷判定，實(shí)現(xiàn)邊鑄邊鍛、鑄鍛同步、形性同控，從而確保增材制造鍛件的高可靠性與穩(wěn)定性�！睆埡ｚt團(tuán)隊(duì)博士生王湘平介紹，“鑄鍛銑一體化的制造過(guò)程必須得做到極致的嚴(yán)謹(jǐn)，弧光跳動(dòng)稍有異常甚至成形聲音不對(duì)都會(huì)對(duì)鑄鍛形性造成影響，絕不能有半點(diǎn)閃失！”

“傳統(tǒng)工藝鑄造、鍛造、銑削是分離進(jìn)行的，但在這臺(tái)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)了一體化�！睆埡ｚt解釋說(shuō)，如果把制作一個(gè)精密復(fù)雜零部件想成包餃子,那么就需要和面、搟皮、配餡等環(huán)節(jié),如果其中一個(gè)環(huán)節(jié)不到位,下鍋后可能就露餡,現(xiàn)在這些工序合在一起，皮餡結(jié)合緊致，就不會(huì)露餡�！奥娥W的餃子還能吃，但零件‘露餡’就會(huì)疏松，只能報(bào)廢�！�

人們常說(shuō)，好鋼要“千錘百煉”“鍛打成才”，這是因?yàn)橹挥蟹磸?fù)鍛打，才能將鑄造金屬的強(qiáng)度、韌性、疲勞壽命大幅提高到鍛件水平�，F(xiàn)代制造業(yè)即是通過(guò)先鑄造、再鍛造、后銑削來(lái)制造高端金屬零件，但這一方法存在流程長(zhǎng)、反復(fù)加熱能耗巨大、重污染等缺點(diǎn)，并且無(wú)法制造出材料變化的多功能零件，比如航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體渦輪。

常規(guī)金屬3D打印技術(shù)同樣存在致命缺陷：一是沒(méi)經(jīng)過(guò)鍛造，綜合力學(xué)性能不及鍛件，尤其是韌性和疲勞性能；二是冶金質(zhì)量難以控制，易產(chǎn)生氣孔、未熔合等冶金缺陷；三是設(shè)備成本和制造成本較高，熱源多采用大功率激光或電子束，需整體密閉保護(hù)，成形空間有限，材料成本昂貴。

2015年，張海鷗團(tuán)隊(duì)研發(fā)出微鑄鍛同步復(fù)合設(shè)備，并打印出全球第一批鍛件：鐵路關(guān)鍵部件轍叉和航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要部件過(guò)渡鍛。專(zhuān)家表示，這種新方法制件是“高效率、短流程、低成本的綠色智能制造。”

復(fù)工以來(lái)，3D打印“微鑄鍛”產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì)已拿到首個(gè)核電領(lǐng)域訂單，科研團(tuán)隊(duì)也在加緊研發(fā)涉及航空航天、艦船等領(lǐng)域的新型高端零件，包括鋁合金艙段、不銹鋼泵推葉輪、超高強(qiáng)鋼吊掛盒段底梁，以及鈦合金吊掛外后接頭等�！氨M管疫情讓我們按下了幾個(gè)月的暫停鍵，但我們的科研工作一刻也沒(méi)有停，現(xiàn)在全員復(fù)工后，我們加足馬力生產(chǎn)，年前積壓的訂單加上現(xiàn)在的新訂單，一年的產(chǎn)能可達(dá)到5000萬(wàn)左右。”張海鷗說(shuō)。

目前，該技術(shù)制造產(chǎn)品已應(yīng)用于大型飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、航天、船舶、先進(jìn)軌道交通、核電等多個(gè)大國(guó)重器的裝備制造領(lǐng)域。（經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 柳潔）

2020年4月16日 晚上8點(diǎn)，南極熊邀請(qǐng)了華中科技大學(xué)張海鷗教授，舉辦了“大型復(fù)雜高端零件微鑄鍛同步超短流程制造技術(shù)與裝備”線上研討會(huì)。

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