鍛造級的金屬3D打印技術,，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),，屹立著兩臺高達十幾米的大型金屬3D打印機,，還有激光熔覆設備等，相當震撼。據(jù)了解,，兩臺大型金屬3D打印機為全球首創(chuàng)“智能微鑄鍛銑復合增材制造”設備,，由其制造出來的金屬零部件，性能質(zhì)量可達到鍛件水平,，為12級超細晶粒,，可以被稱為鍛造級的金屬3打印。
△微鑄鍛銑金屬3D打印機

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

天昱智造相關技術人員介紹，“智能微鑄鍛銑復合增材制造”技術和設備由公司首席科學家,、華中科技大學張海鷗教授及其團隊自主研發(fā),，將鑄、段,、銑削“三合一”,，用一臺設備就能生產(chǎn)結實、耐磨的金屬產(chǎn)品成品,，可直接應用,，打破了3D打印行業(yè)存在的最大障礙，有望開啟人類實驗室制造大型機械的新篇章,。

2017年3月份,，“智能微鑄鍛銑復合增材制造”獲第45屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎和中國發(fā)明協(xié)會特別獎。早在今年1月份，空中客車（Airbus）和美國通用電氣公司（GE）與天昱智造達成了合作,，在科研領域展開全面的研發(fā),。業(yè)內(nèi)專家認為，該項技術使我國在3D打印技術的某些領域由“跟跑”開始進入“領跑”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，使整個行業(yè)獲得巨大的加速度,。

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

傳統(tǒng)制造技術的局限性
1.鑄-鍛-銑分離
2.裝備巨大
3.流程復雜,，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,，無法進入高端應用。

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

“智能微鑄鍛銑復合增材制造技術”技術原理
智能微鑄鍛銑復合制造技術融合3D打印,、半固態(tài)快鍛、柔性機器人3項重大技術,，將金屬鑄造,、鍛壓、銑削技術合三為一,，實現(xiàn)3D打印鍛態(tài)等軸細晶化,、高均勻致密度,、高強韌、形狀復雜的金屬鍛件,，全面提高制件強度,、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,，三者要分開依次進行，即前一個步驟完了,，后一個步驟方可進行,，中間還要騰出金屬冷卻的時間。智能微鑄鍛銑復合技術可以同時進行上述步驟,，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,，短流程綠色制造，一臺設備替代原有的多工序長流程和多臺大設備,。

鑄鍛復合成形 45 號鋼熱處理后晶粒直徑約5μm,，為12級超細晶粒度，傳統(tǒng)鍛件為7~8級

技術優(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,。

技術創(chuàng)新
1.率先提出電弧微鑄軋復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)技術參數(shù)對比

2016年7月，張海鷗團隊打印出全球第一批鍛件,，鐵路關鍵部件轍叉和航空發(fā)動機重要部件過渡段,。專家表示，這種新方法制件強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鍵部件的制造提供我國獨創(chuàng)國際領先的高效率,、短流程、低成本,、綠色智能制造的前瞻性技術支持,。

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△45＃發(fā)動機過渡段

△45＃發(fā)動機過渡段力學性能檢測結果

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》重大專項中列入此項技術,，同時重點推動該技術與裝備在航空航天、先進兩機,、核電,、艦船、高鐵等重點支柱領域的應用,，讓這一技術首先提高我國的制造能力與國防實力,，將技術優(yōu)勢變?yōu)楦偁帉嵙Γ�成為實現(xiàn)先進制造領域“中國夢”的國之重器,、戰(zhàn)略推手,。開辟機械制造史上前所未有的綠色時代。