將金屬鑄造、鍛壓技術(shù)合二為一，華中大金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)助力國之重器

2020年5月，華中科技大學(xué)張海鷗教授技術(shù)產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊接到今年復(fù)工復(fù)產(chǎn)以來的大單——為某大型船舶制造單位提供一批大型泵噴推進(jìn)器槳葉。張海鷗教授團(tuán)隊采用自主研發(fā)的金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)，成功制造應(yīng)用于船舶重工等國之重器的大型泵噴推進(jìn)器槳葉，實現(xiàn)了復(fù)雜曲面構(gòu)件增等減材一體化復(fù)合快速制造，解決了3D打印技術(shù)中大尺寸零件制造中的“卡脖難題”。



泵噴推進(jìn)器主要應(yīng)用于潛艇軍事、船舶重工等領(lǐng)域，是船舶航行的重要動力裝置。通過金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)制造成功的大型泵噴推進(jìn)器槳葉制造周期相比傳統(tǒng)方式縮短了2/3，構(gòu)件的力學(xué)性能得到了大幅度提升，制造精度差由以前的0.5mm提高到0.1mm，沒有檢測到鑄造缺陷如氣孔、裂紋等。

傳統(tǒng)的金屬零件制造方式經(jīng)歷了等材制造、減材制造、增材制造三個階段。等材制造，是指通過鑄、鍛、焊等方式生產(chǎn)制造產(chǎn)品，材料重量基本不變，距今已有3000多年歷史；減材制造，是指在工業(yè)革命后，使用車、銑、刨、磨等設(shè)備對材料進(jìn)行切削加工，以達(dá)到設(shè)計形狀，距今也有300多年的歷史。增材制造，俗稱3D打印，是一種“自下而上”通過材料累加的制造方法，從無到有。這使得過去受到傳統(tǒng)制造方式的約束，而無法實現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造變?yōu)榭赡堋?br />
“常規(guī)金屬3D打印同樣存在‘卡脖’問題：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。所以形成了中看不中用的尷尬局面。”張海鷗介紹，正因如此，全球金屬3D打印盡管在中小尺寸零部件制造中存在優(yōu)勢，但在大尺寸零件制造上無法和大型鍛壓機(jī)相比，因此無法進(jìn)入大型復(fù)雜零件的高端應(yīng)用。

△微鑄鍛技術(shù)打印出來的金屬件

張海鷗教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊潛心攻關(guān)，經(jīng)過二十年不懈努力，發(fā)明了“微鑄鍛”3D打印技術(shù)，創(chuàng)造性地將金屬鑄造、鍛壓技術(shù)合二為一，實現(xiàn)了首超西方的邊鑄邊鍛的顛覆性原始創(chuàng)新。

張海鷗介紹，目前，國際前沿的金屬3D打印過程是打印算一步，這一層打印完后，連續(xù)冷鍛軋制算一步，二步要分開依次進(jìn)行，即前一個步驟完了，后一個步驟方可進(jìn)行，中間還要騰出金屬冷卻的時間。“微鑄鍛技術(shù)可以同步進(jìn)行上述步驟，打印完成了，鑄鍛也就同時完成了，熔積效率是前者的3倍?！?br />
“我們將原先需要8萬噸力才能完成的動作，降低到八萬分之一，也就是不到1噸的力即可完成，同時一臺設(shè)備完成了過去諸多大型設(shè)備才能完成的工作，生產(chǎn)設(shè)備功率只需50千瓦，單位時間能耗為巨型壓機(jī)的千分之二，綠色又高效?！彼榻B說。

金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)將“臟、重、險”的傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式變?yōu)椤皾?、輕、安”的美好生產(chǎn)方式，實現(xiàn)了高端制造業(yè)的綠色智能化轉(zhuǎn)型升級，對國之重器的自主創(chuàng)新意義重大。業(yè)界普遍認(rèn)為，金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)極有可能開辟機(jī)械制造史上前所未有的綠色制造新時代，助力中國從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。

目前，相關(guān)產(chǎn)品已應(yīng)用于大型飛機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、航天、船舶、先進(jìn)軌道交通、核電等多個大國重器的裝備制造領(lǐng)域。“以飛機(jī)制造為例，目前一架大型客機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)零件數(shù)量數(shù)以萬計，如果未來可利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)大型、復(fù)雜、整體、高性能、輕量化構(gòu)件，那么一架大型客機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)零部件數(shù)量可能僅需數(shù)百個。不僅如此，未來利用金屬3D打印技術(shù)，再搭配模擬仿真技術(shù)，飛機(jī)的研制生產(chǎn)周期也將實現(xiàn)數(shù)量級降低?！睆埡ｚt說，“說不定僅需從前的一半時間，一臺大飛機(jī)就可從圖紙變成一臺真實可觸的‘巨無霸’。”作者：文匯報駐鄂記者 錢忠軍 通訊員 徐小丹 王瀟瀟

大型復(fù)雜高端零件微鑄鍛同步超短流程制造技術(shù)與裝備 研討會

2020年4月16日 晚上8點，華中科技大學(xué)張海鷗教授在南極熊3D打印直播平臺上，舉辦了“大型復(fù)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。詳細(xì)報道請看《1.3萬人氣，張海鷗教授微鑄鍛銑復(fù)合增材制造令人矚目》http://m.withyoor.com/thread-140889-1-1.html

△直播視頻
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