鍛造級(jí)的金屬3D打印技術(shù),，武漢天昱全球首創(chuàng)微鑄鍛

2017年6月,，南極熊到訪位于武漢的天昱智造公司（武漢天昱智能制造有限公司）,，并參觀了其3000㎡金屬3D打印廠房。廠房內(nèi),，屹立著兩臺(tái)高達(dá)十幾米的大型金屬3D打印機(jī),，還有激光熔覆設(shè)備等，相當(dāng)震撼,。據(jù)了解,，兩臺(tái)大型金屬3D打印機(jī)為全球首創(chuàng)“智能微鑄鍛銑復(fù)合增材制造”設(shè)備，由其制造出來的金屬零部件,，性能質(zhì)量可達(dá)到鍛件水平,，為12級(jí)超細(xì)晶粒，可以被稱為鍛造級(jí)的金屬3打印,。
△微鑄鍛銑金屬3D打印機(jī)

天昱智造公司由中鋼集團(tuán)中鋼設(shè)備有限公司控股,，是一家立足金屬3D 打印、金屬部件修復(fù)與再制造,、工業(yè)智能系統(tǒng)等領(lǐng)域,，集定制生產(chǎn)、設(shè)備研發(fā),、技術(shù)服務(wù)于一體,，以承接國家和企業(yè)重大項(xiàng)目為主的高新技術(shù)企業(yè)。公司以全球首創(chuàng)“智能微鑄鍛銑復(fù)合增材制造”技術(shù)與設(shè)備為基礎(chǔ),，為用戶提供鍛件級(jí)別,、大型金屬3D打印服務(wù)。當(dāng)前,，公司現(xiàn)有設(shè)備能打印的最大尺寸為5000×2000×1500mm,，涵蓋小批量、打樣,、后處理,、工藝評(píng)定、熱制造過程分析,、微觀組織分析等,。

天昱智造相關(guān)技術(shù)人員介紹，“智能微鑄鍛銑復(fù)合增材制造”技術(shù)和設(shè)備由公司首席科學(xué)家,、華中科技大學(xué)張海鷗教授及其團(tuán)隊(duì)自主研發(fā),，將鑄、段,、銑削“三合一”，用一臺(tái)設(shè)備就能生產(chǎn)結(jié)實(shí),、耐磨的金屬產(chǎn)品成品,，可直接應(yīng)用,，打破了3D打印行業(yè)存在的最大障礙，有望開啟人類實(shí)驗(yàn)室制造大型機(jī)械的新篇章,。

2017年3月份,，“智能微鑄鍛銑復(fù)合增材制造”獲第45屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎(jiǎng)和中國發(fā)明協(xié)會(huì)特別獎(jiǎng)。早在今年1月份,，空中客車（Airbus）和美國通用電氣公司（GE）與天昱智造達(dá)成了合作,，在科研領(lǐng)域展開全面的研發(fā)。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為,，該項(xiàng)技術(shù)使我國在3D打印技術(shù)的某些領(lǐng)域由“跟跑”開始進(jìn)入“領(lǐng)跑”階段,。中國3D打印雖然起步晚，處在探索的階段,，但是圍繞“清華,、華科、交大”形成的三足鼎立的局勢,，使整個(gè)行業(yè)獲得巨大的加速度,。

下面南極熊就來為你揭秘這項(xiàng)“鑄鍛銑合一，智能微鑄鍛銑復(fù)合增材制造技術(shù)”金屬3D打印技術(shù),。

傳統(tǒng)制造技術(shù)的局限性
1.鑄-鍛-銑分離
2.裝備巨大
3.流程復(fù)雜,，周期長
4.高能耗、高污染
5.材料利用率低

常規(guī)金屬3D打印存在致命缺陷：一是沒有經(jīng)過鍛造,，金屬抗疲勞性嚴(yán)重不足,；二是制件性能不高，難免存在疏松,、氣孔和未熔合等缺陷,；三是大都采用激光、電子束為熱源,，成本高昂,。所以常規(guī)金屬3D打印“中看不中用”，發(fā)展緩慢,。正因如此,，全球金屬3D打印行業(yè)一直處在“模型制造”和展示階段，無法進(jìn)入高端應(yīng)用,。

而且,，GE公司曾經(jīng)認(rèn)為：3D打印件難以達(dá)到鍛件同等性能要求。但是中國卻首先主導(dǎo)研發(fā)了“鑄鍛銑合一”先進(jìn)技術(shù),，將引導(dǎo)未來智能制造技術(shù)的發(fā)展,。

“智能微鑄鍛銑復(fù)合增材制造技術(shù)”技術(shù)原理
智能微鑄鍛銑復(fù)合制造技術(shù)融合3D打印、半固態(tài)快鍛,、柔性機(jī)器人3項(xiàng)重大技術(shù),，將金屬鑄造,、鍛壓、銑削技術(shù)合三為一,，實(shí)現(xiàn)3D打印鍛態(tài)等軸細(xì)晶化,、高均勻致密度、高強(qiáng)韌,、形狀復(fù)雜的金屬鍛件,，全面提高制件強(qiáng)度、韌性,、疲勞壽命及可靠性,，全面解決世界性難題。
常規(guī)3D打印金屬零件的過程是打印算一層,，鑄造算一層,，鍛壓又一層，三者要分開依次進(jìn)行,，即前一個(gè)步驟完了,，后一個(gè)步驟方可進(jìn)行，中間還要騰出金屬冷卻的時(shí)間,。智能微鑄鍛銑復(fù)合技術(shù)可以同時(shí)進(jìn)行上述步驟,，邊鑄邊鍛，銑削,，打印完成即為成品,。

鑄造、鍛壓,、銑削合三為一,，改革傳統(tǒng)制造技術(shù)，短流程綠色制造,，一臺(tái)設(shè)備替代原有的多工序長流程和多臺(tái)大設(shè)備,。

鑄鍛復(fù)合成形 45 號(hào)鋼熱處理后晶粒直徑約5μm，為12級(jí)超細(xì)晶粒度,，傳統(tǒng)鍛件為7~8級(jí)

技術(shù)優(yōu)勢
高性能可靠性：發(fā)揮難成形材料極限潛能,；
高效率：熔積效率 5～15kg/h至大幾十kg/h；
低成本：熱源及絲材為激光和粉材的1/5～1/10,，能量及材料利用率高,。

技術(shù)創(chuàng)新
1.率先提出電弧微鑄軋復(fù)合直接成形高性能金屬零件的方法；
2.施加微區(qū)逐步鍛造機(jī)械力使熔積自由成形的半凝固/剛凝固區(qū)產(chǎn)生粘塑性變形,；
3.面向高端部件極端服役條件和增材制造成形性,。

△和常規(guī)技術(shù)參數(shù)對(duì)比

2016年7月，張海鷗團(tuán)隊(duì)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)重要部件過渡段,。專家表示,，這種新方法制件強(qiáng)度和塑性等性能及均勻性顯著高于自由增材成形,，并超過鍛件水平,，將為航空航天高性能關(guān)鍵部件的制造提供我國獨(dú)創(chuàng)國際領(lǐng)先的高效率、短流程,、低成本,、綠色智能制造的前瞻性技術(shù)支持。

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△45＃發(fā)動(dòng)機(jī)過渡段

△45＃發(fā)動(dòng)機(jī)過渡段力學(xué)性能檢測結(jié)果

包括原國家航空航天部部長林宗棠在內(nèi)的多位專家建議,，在《中國制造2025》重大專項(xiàng)中列入此項(xiàng)技術(shù)，同時(shí)重點(diǎn)推動(dòng)該技術(shù)與裝備在航空航天,、先進(jìn)兩機(jī),、核電、艦船,、高鐵等重點(diǎn)支柱領(lǐng)域的應(yīng)用,，讓這一技術(shù)首先提高我國的制造能力與國防實(shí)力，將技術(shù)優(yōu)勢變?yōu)楦偁帉?shí)力,，成為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造領(lǐng)域“中國夢”的國之重器,、戰(zhàn)略推手。開辟機(jī)械制造史上前所未有的綠色時(shí)代,。