金屬3D打印“微鑄鍛”,以綠色制造實現(xiàn)“彎道超車”

來源：經(jīng)濟日報

近日,，國家科學技術(shù)獎勵工作辦公室公示了2020年度國家科學技術(shù)獎的受理項目名單，其中“大型復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年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎,。提名意見描述,，“該重大原創(chuàng)性成果，有力支撐我國高端裝備自主創(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,。”

由華中科技大學教授張海鷗首創(chuàng),、武漢天昱智能制造有限公司孵化,，團隊創(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產(chǎn)權(quán)和核心競爭力的微鑄鍛同步制造系列技術(shù)與裝備，攻克了大型復雜高端鍛件無法高品質(zhì)短流程制造的"卡脖子"難題,。專家組認為,，這項原創(chuàng)金屬3D打印技術(shù)能夠提名國家技術(shù)發(fā)明一等獎，充分說明,，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,，以及社會效益及發(fā)展前景的巨大潛力,。

一個月前，為保證國防重大項目的如期完成,，張海鷗團隊在武漢未“解封”時,，毅然選擇逆行，在金屬3D打印“微鑄鍛”裝備的生產(chǎn)基地——天昱智造開啟復工復產(chǎn)工作,。在天昱智造生產(chǎn)廠房里,，弧光閃爍、機聲轟鳴,。記者在現(xiàn)場看到,，一個個復雜金屬零件結(jié)合獨特微鑄鍛銑工藝，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,。“我們通過在線采集光、電,、熱,、力、聲等全方位信號數(shù)據(jù),，并自寫算法建模分析進行穩(wěn)定性監(jiān)測與缺陷判定,，實現(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團隊博士生王湘平介紹,，“鑄鍛銑一體化的制造過程必須得做到極致的嚴謹，弧光跳動稍有異常甚至成形聲音不對都會對鑄鍛形性造成影響,，絕不能有半點閃失,！”

“傳統(tǒng)工藝鑄造、鍛造,、銑削是分離進行的，但在這臺機器上實現(xiàn)了一體化,�,！睆埡ｚt解釋說，如果把制作一個精密復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,，就不會露餡,。“露餡的餃子還能吃,，但零件‘露餡’就會疏松,，只能報廢�,！�

人們常說,，好鋼要“千錘百煉”“鍛打成才”，這是因為只有反復鍛打,，才能將鑄造金屬的強度,、韌性、疲勞壽命大幅提高到鍛件水平�,，F(xiàn)代制造業(yè)即是通過先鑄造,、再鍛造、后銑削來制造高端金屬零件,，但這一方法存在流程長,、反復加熱能耗巨大,、重污染等缺點，并且無法制造出材料變化的多功能零件,，比如航空發(fā)動機整體渦輪,。

常規(guī)金屬3D打印技術(shù)同樣存在致命缺陷：一是沒經(jīng)過鍛造，綜合力學性能不及鍛件,，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,，成形空間有限，材料成本昂貴,。

2015年,，張海鷗團隊研發(fā)出微鑄鍛同步復合設(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)動機重要部件過渡鍛,。專家表示,，這種新方法制件是“高效率、短流程,、低成本的綠色智能制造,。”

復工以來,，3D打印“微鑄鍛”產(chǎn)業(yè)化團隊已拿到首個核電領(lǐng)域訂單,，科研團隊也在加緊研發(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、超高強鋼吊掛盒段底梁,，以及鈦合金吊掛外后接頭等,。“盡管疫情讓我們按下了幾個月的暫停鍵,，但我們的科研工作一刻也沒有停,，現(xiàn)在全員復工后，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)能可達到5000萬左右。”張海鷗說,。

目前,，該技術(shù)制造產(chǎn)品已應用于大型飛機、航空發(fā)動機,、燃氣輪機,、航天、船舶,、先進軌道交通,、核電等多個大國重器的裝備制造領(lǐng)域。（經(jīng)濟日報記者 柳潔）

2020年4月16日 晚上8點,，南極熊邀請了華中科技大學張海鷗教授,，舉辦了“大型復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。

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