世界首臺鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機床研發(fā)成功

來源：漢新聞

近日,，由華中科技大學(xué)機械學(xué)院張海鷗團隊承擔(dān)的 “高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項進入驗收階段�,；�于該專��,，團隊成功研發(fā)出世界首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機床,首次實現(xiàn)了連續(xù)鑄鍛同步工藝,，將重點應(yīng)用于航空發(fā)動機制造領(lǐng)域,。

數(shù)控機床是打造高端制造業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵,，被《中國制造 2025》列入“加快突破的戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域”，且關(guān)系到基礎(chǔ)制造產(chǎn)業(yè)安全與國家戰(zhàn)略安全,。即使在全球一體化的今天,，歐美等西方國家和日本仍對中國實行關(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),，提升國產(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備整體競爭力勢在必行。

2019年2月,，武漢天昱智能制造有限公司,、武漢重型集團有限公司、華中數(shù)控股份有限公司等單位共同申報了 2019 年度“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項,�,；�于該專項，張海鷗團隊開創(chuàng)性地采用微鑄,、微鍛,、銑、磨在一臺數(shù)控機床上同工位集成,，促進了具有自主知識產(chǎn)權(quán),、不受制于人的國產(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，直到用了這臺機器,，才實現(xiàn)了一體化,。”張海鷗介紹,，“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,、包餃子等各個環(huán)節(jié)都不能出問題,，否則可能一煮就破。破了的餃子還能吃,，但零件‘露餡’了只能也必須報廢,。”而鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機床,，不僅破解了在復(fù)雜曲面構(gòu)建上同時進行打印增材,、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,。

中航飛機股份有限公司作為應(yīng)用單位,，在驗收報告中評價：微鑄鍛快速制造技術(shù)在飛機復(fù)合材料成形具制造方面具有明顯的周期和成本優(yōu)勢。現(xiàn)有的制造技術(shù)尚難以滿足飛機研制中氣密,，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)張海鷗團隊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復(fù)合材料成型模具,。克服了制造氣密,、復(fù)雜,、大型磨具難度大、成品率低,，周期長的瓶頸問題,，制造周期縮短1／2到1／3，是此類高性能模具的發(fā)展方向,。

2020年4月14日,，湖北省機械工程學(xué)會召開了由華中科技大學(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。經(jīng)質(zhì)詢和討論,，鑒定委員會認(rèn)為:該項目整體技術(shù)居于國際領(lǐng)先水平,。

近年來，團隊相繼成功打印出大型飛機航空發(fā)動機的高溫合金機匣,、鋁合金機匣,、鈦合金葉輪等高端裝備構(gòu)件。提升了相關(guān)領(lǐng)域?qū)�國產(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備的信賴程度,，促進了我國大型先進飛機發(fā)動機自主研制的跨越式發(fā)展,，有望成為航空制造領(lǐng)域早日全面實現(xiàn)“中國心”的破題之術(shù)。

華中大“居里夫婦”：做“中國制造”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,，共同任教于華中科技大學(xué)。2009年,，張海鷗開始構(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�行在這里受阻,。”張海鷗偏偏去挑戰(zhàn)一個大家都覺得不能完成的事，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,，實驗條件惡劣,、研究經(jīng)費短缺,，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驗室很近，即便很近,，他們還是覺得耽誤時間,，索性搬來一張行軍床，困了就在實驗室里躺一躺,；平時學(xué)生們都是“四班倒”,，而兩位教授卻始終“在一線”。正是如此,，夫婦倆被師生們親切地稱為華科“居里夫婦”,。

“當(dāng)年我和實驗室王湘平、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房里,，度過了數(shù)不清的日日夜夜,。印象最深的是盛夏時節(jié)，炙熱的等離子弧灼烤著臉頰,，眼睛刺得睜不開,、皮膚火辣辣地疼，全身奇癢,、蛻皮,。。,�,！被貞涀畛醺�隨導(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萬千,。

“由于高端件對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50個以上�,！狈�友恒介紹,。

2010年，大型飛機蒙皮熱壓成形模具的誕生,，驗證了張海鷗在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)定超過傳統(tǒng)制件。

眼下,，中國制造業(yè)部分領(lǐng)域面臨“大而不強”的局面,。相關(guān)統(tǒng)計顯示，我國中低端數(shù)控機床產(chǎn)量大,，但部分高端數(shù)控機床仍需要進口,。在航空發(fā)動機領(lǐng)域，也存在相似的問題：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)掌握在國人自己手中,！”王桂蘭說�,！跋Ｍ�我與丈夫能共同見證鑄鍛銑一體化3D打印技術(shù)全面應(yīng)用的那一天,，為中國制造貢獻畢生力量！”

唯一列入國家限制出口目錄的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,，國際權(quán)威3D打印雜志《烏勒斯報告》（《Wholers Report》）曾評價道：中國張海鷗團隊首創(chuàng)電弧熔積與原位熱軋（鑄鍛銑）同步制造技術(shù)， 不同于國際同行團隊的電弧熔積的分步制造技術(shù)。張海鷗團隊利用鑄鍛銑工藝,，獲等軸細(xì)晶,，成功制造出性能超過鍛件的發(fā)動機零件。

“在獲得國際同行的關(guān)注后,，有美國的航空發(fā)動機制造商曾三顧茅廬來我這,，想出高價購買鑄鍛銑一體化設(shè)備�,？紤]到這是關(guān)系國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，想跟團隊合力進行技術(shù)應(yīng)用推廣的國內(nèi)投資人也多了起來,�,！爱吘�,，這是國外沒有的中國原創(chuàng)發(fā)明,。我們也迫切希望能夠有更多的中國人參與進來，一起把鑄鍛銑金屬3D打印技術(shù)推向大范圍的應(yīng)用,，讓中國在突破復(fù)雜大型零件制造的核心難題方面,，從先進到領(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，南極熊邀請了張海鷗教授做了一場線上直播,，介紹了這項鑄鍛銑一體化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