世界首臺(tái)鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機(jī)床研發(fā)成功

來(lái)源：漢新聞

近日,，由華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院張海鷗團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的 “高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專(zhuān)項(xiàng)進(jìn)入驗(yàn)收階段�,；谠搶�(zhuān)項(xiàng),，團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出世界首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機(jī)床,首次實(shí)現(xiàn)了連續(xù)鑄鍛同步工藝，將重點(diǎn)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域,。

數(shù)控機(jī)床是打造高端制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵,，被《中國(guó)制造 2025》列入“加快突破的戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域”，且關(guān)系到基礎(chǔ)制造產(chǎn)業(yè)安全與國(guó)家戰(zhàn)略安全,。即使在全球一體化的今天,，歐美等西方國(guó)家和日本仍對(duì)中國(guó)實(shí)行關(guān)鍵設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)出口限制和監(jiān)督使用，并且越發(fā)嚴(yán)格,。振興民族產(chǎn)業(yè),，提升國(guó)產(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備整體競(jìng)爭(zhēng)力勢(shì)在必行,。

2019年2月,，武漢天昱智能制造有限公司、武漢重型集團(tuán)有限公司,、華中數(shù)控股份有限公司等單位共同申報(bào)了 2019 年度“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專(zhuān)項(xiàng),。基于該專(zhuān)項(xiàng),，張海鷗團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地采用微鑄,、微鍛、銑,、磨在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上同工位集成,，促進(jìn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、不受制于人的國(guó)產(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備和數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,。

工業(yè)“大象”的任務(wù)交“螞蟻”來(lái)做

“傳統(tǒng)工藝的鑄造,、鍛造、銑削是分別完成的,，直到用了這臺(tái)機(jī)器,，才實(shí)現(xiàn)了一體化�,！睆埡ｚt介紹,，“我們可以把制作精密復(fù)雜零部件想象成包餃子,。和面、搟皮,、包餃子等各個(gè)環(huán)節(jié)都不能出問(wèn)題,，否則可能一煮就破。破了的餃子還能吃,，但零件‘露餡’了只能也必須報(bào)廢,。”而鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機(jī)床,，不僅破解了在復(fù)雜曲面構(gòu)建上同時(shí)進(jìn)行打印增材,、等材變形與銑削減材在同一裝備上集成制造的核心難題，也將過(guò)去必須由工業(yè)“大象”完成的任務(wù),，輕松交由智能化的工業(yè)“螞蟻”操作完成,。

中航飛機(jī)股份有限公司作為應(yīng)用單位，在驗(yàn)收?qǐng)?bào)告中評(píng)價(jià)：微鑄鍛快速制造技術(shù)在飛機(jī)復(fù)合材料成形具制造方面具有明顯的周期和成本優(yōu)勢(shì)�,，F(xiàn)有的制造技術(shù)尚難以滿(mǎn)足飛機(jī)研制中氣密,，復(fù)雜，大型復(fù)合材料模具快速制造的要求,。采用華中科技大學(xué)張海鷗團(tuán)隊(duì)的金屬零件微鑄鍛合一快速制造新技術(shù),，一次成功試制了飛機(jī)復(fù)合材料成型模具�,？朔酥圃鞖饷�,、復(fù)雜、大型磨具難度大,、成品率低,，周期長(zhǎng)的瓶頸問(wèn)題，制造周期縮短1／2到1／3,，是此類(lèi)高性能模具的發(fā)展方向,。

2020年4月14日，湖北省機(jī)械工程學(xué)會(huì)召開(kāi)了由華中科技大學(xué)完成的“金屬鍛件微鑄鍛原位復(fù)合增材制造技術(shù)與裝備”科技成果鑒定會(huì),。經(jīng)質(zhì)詢(xún)和討論,，鑒定委員會(huì)認(rèn)為:該項(xiàng)目整體技術(shù)居于國(guó)際領(lǐng)先水平。

近年來(lái),，團(tuán)隊(duì)相繼成功打印出大型飛機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫合金機(jī)匣,、鋁合金機(jī)匣、鈦合金葉輪等高端裝備構(gòu)件,。提升了相關(guān)領(lǐng)域?qū)?guó)產(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備的信賴(lài)程度,，促進(jìn)了我國(guó)大型先進(jìn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)自主研制的跨越式發(fā)展，有望成為航空制造領(lǐng)域早日全面實(shí)現(xiàn)“中國(guó)心”的破題之術(shù),。

華中大“居里夫婦”：做“中國(guó)制造”的“熱血戰(zhàn)士”

1998年,，張海鷗和妻子王桂蘭在日本東京大學(xué)完成學(xué)業(yè)后回國(guó),，共同任教于華中科技大學(xué)。2009年,，張海鷗開(kāi)始構(gòu)想讓金屬3D打印制件具備鍛件性能,，從而應(yīng)用于高端領(lǐng)域�,！昂芏嗤性谶@里受阻,。”張海鷗偏偏去挑戰(zhàn)一個(gè)大家都覺(jué)得不能完成的事,，希望在金屬3D打印中加入鍛打技術(shù),。

3D打印雖已發(fā)展近30年，但由于沒(méi)有鍛造環(huán)節(jié),，制件普遍存在性能及可靠性不及鍛件,、易產(chǎn)生裂縫、變形等缺陷,。張海鷗首次跟夫人王桂蘭提出“鑄鍛銑一體化”構(gòu)想時(shí),，實(shí)驗(yàn)條件惡劣、研究經(jīng)費(fèi)短缺,，王桂蘭毫不猶豫拿出家中僅有的積蓄全力支持他,。

張海鷗夫婦的家離實(shí)驗(yàn)室很近，即便很近,，他們還是覺(jué)得耽誤時(shí)間,，索性搬來(lái)一張行軍床，困了就在實(shí)驗(yàn)室里躺一躺,；平時(shí)學(xué)生們都是“四班倒”,，而兩位教授卻始終“在一線(xiàn)”,。正是如此,，夫婦倆被師生們親切地稱(chēng)為華科“居里夫婦”。

“當(dāng)年我和實(shí)驗(yàn)室王湘平,、唐尚勇等學(xué)生一起,，跟張老師和王老師在通風(fēng)不良、雨天屋頂瀑布,、地面汪汪積水的破舊廠(chǎng)房里,，度過(guò)了數(shù)不清的日日夜夜。印象最深的是盛夏時(shí)節(jié),，炙熱的等離子弧灼烤著臉頰,，眼睛刺得睜不開(kāi)、皮膚火辣辣地疼,，全身奇癢,、蛻皮,。。,�,！被貞涀畛醺S導(dǎo)師科研攻關(guān)的日子，如今已是技術(shù)產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人之一的符友恒博士感慨萬(wàn)千,。

“由于高端件對(duì)組織性能的要求極其苛刻,，裝備、工藝,、原材料與操作及環(huán)境的許多細(xì)節(jié)都必須嚴(yán)格,，一絲不茍。光是產(chǎn)品質(zhì)量控制相關(guān)的文檔都多達(dá)50個(gè)以上,�,！狈押憬榻B。

2010年,，大型飛機(jī)蒙皮熱壓成形模具的誕生,，驗(yàn)證了張海鷗在3D打印中復(fù)合鍛打的可行性。其后,，該技術(shù)不斷完善,，打印出飛機(jī)用鈦合金、高溫合金,、海洋深潛器,、核電用鋼等高端金屬鍛件，其性能均穩(wěn)定超過(guò)傳統(tǒng)制件,。

眼下,，中國(guó)制造業(yè)部分領(lǐng)域面臨“大而不強(qiáng)”的局面。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示,，我國(guó)中低端數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大,，但部分高端數(shù)控機(jī)床仍需要進(jìn)口。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域,，也存在相似的問(wèn)題：高性能復(fù)雜構(gòu)件加工難度大,、成本高，部分核心技術(shù)尚掌握在西方少數(shù)國(guó)家手中,。

“正是如此,，我們科研工作者作為華夏子孫，更需要以熱血戰(zhàn)士的心態(tài)去戰(zhàn)斗,、去沖鋒,，把核心技術(shù)掌握在國(guó)人自己手中！”王桂蘭說(shuō)�,！跋Ｍ遗c丈夫能共同見(jiàn)證鑄鍛銑一體化3D打印技術(shù)全面應(yīng)用的那一天,，為中國(guó)制造貢獻(xiàn)畢生力量！”

唯一列入國(guó)家限制出口目錄的3D打印技術(shù)

8月28日,，商務(wù)部,、科技部調(diào)整發(fā)布《中國(guó)禁止出口限制出口技術(shù)目錄》。鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)被列入限制出口目錄,。

此前,，國(guó)際權(quán)威3D打印雜志《烏勒斯報(bào)告》（《Wholers Report》）曾評(píng)價(jià)道：中國(guó)張海鷗團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)電弧熔積與原位熱軋（鑄鍛銑）同步制造技術(shù)，不同于國(guó)際同行團(tuán)隊(duì)的電弧熔積的分步制造技術(shù),。張海鷗團(tuán)隊(duì)利用鑄鍛銑工藝,，獲等軸細(xì)晶，成功制造出性能超過(guò)鍛件的發(fā)動(dòng)機(jī)零件,。

“在獲得國(guó)際同行的關(guān)注后,，有美國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商曾三顧茅廬來(lái)我這，想出高價(jià)購(gòu)買(mǎi)鑄鍛銑一體化設(shè)備,�,？紤]到這是關(guān)系國(guó)家與民族切身利益的事兒，我直接拒絕了,�,！�

張海鷗透露，自從發(fā)明技術(shù)被列入出口限制后,，想跟團(tuán)隊(duì)合力進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用推廣的國(guó)內(nèi)投資人也多了起來(lái),。“畢竟,，這是國(guó)外沒(méi)有的中國(guó)原創(chuàng)發(fā)明,。我們也迫切希望能夠有更多的中國(guó)人參與進(jìn)來(lái)，一起把鑄鍛銑金屬3D打印技術(shù)推向大范圍的應(yīng)用,，讓中國(guó)在突破復(fù)雜大型零件制造的核心難題方面,，從先進(jìn)到領(lǐng)先，并能保持持續(xù)領(lǐng)先,�,！�

責(zé)編：王鳳君
融媒體記者：許濤駱丹
通訊員：徐小丹
編輯：李家靜

今年,，南極熊邀請(qǐng)了張海鷗教授做了一場(chǎng)線(xiàn)上直播,，介紹了這項(xiàng)鑄鍛銑一體化3D打印技術(shù)。

△視頻：張海鷗教授微鑄鍛銑復(fù)合增材制造直播