華中科大首創“鑄鍛銑一體”金屬3D打印技術

      昨日，在華中科技大學機械學院數字制造裝備與技術國家重點實驗室的實驗基地，張海鷗團隊正在加緊制造一批應用于航空領域的高端金屬鍛件。該團隊經10余年潛心研發，在全球首創“鑄鍛銑一體”金屬3D打印技術，并制造出世界首批3D打印鍛件。

圖為：新型金屬3D打印設備

    近日，美國通用電氣公司、歐洲空中客車公司等國際大牌紛紛找上門洽談合作。而在10多年前，正是美國通用電氣公司斷言，3D打印不能打印出具有鍛件性能的高端、優質構件。
    “我們一直認為，唯有創新才有未來，跟在別人后面是不會有太大出路的。”今年60歲的張海鷗，早年留學日本，1998年被引進到華中科技大學，致力于高效低成本無模快速制造技術研究。2002年起主攻金屬3D打印，當時國內外的3D金屬打印主要以激光、電子束為熱源，張海鷗另辟蹊徑，采用等離子束為熱源，使得成本更低、效率更高。此外，當時金屬3D打印做出的制件比較粗糙，無法直接當零件使用，需進行后期機械加工，遇到復雜制件更是幾乎不可能實現。張海鷗帶領團隊反復實驗，在金屬3D打印中復合了銑削，邊打印邊進行機械加工，解決了上述難題，一舉獲得國家發明專利。
    在成績面前，張海鷗和團隊創新的步伐并沒有停息。3D打印雖已發展近30年，但由于沒有鍛造環節，制件普遍存在性能及可靠性不及鍛件、易產生裂縫、變形等缺陷。2009年，張海鷗開始構想讓金屬3D打印制件具備鍛件性能，從而應用于高端領域。“很多同行在這里受阻。”張海鷗偏偏去挑戰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。張海鷗堅信，要想讓金屬削鐵如泥，必須要經千錘百煉。“研發過程是痛苦的。”張海鷗說，有段時間問題不斷，前面問題剛解決，新問題又冒出來，加之有個階段國內外對3D打印并不看好。但張海鷗沒有放棄，他堅信這項技術值得去研究，成功的話，對全世界3D打印行業都是件好事。他帶領團隊從早到晚在實驗室反復實驗、不斷試錯。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打印中復合鍛打的可行性。其后，該技術不斷完善，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，其性能均穩定超過傳統制件。
    傳統制造業是鑄、鍛、銑分離，每個環節依賴大型設備，流程長、能耗大、污染大。張海鷗團隊自主研制的微鑄鍛同步復合設備，首次將鑄、鍛、銑一體化，同時采用高效廉價的熱弧為熱源，實現了低成本、高效能，為全球制造業帶來顛覆性創新，獲得了20多項中國和國際發明專利。 張海鷗團隊另一核心成員王桂蘭教授，是張海鷗的妻子，兩人全身心投入這項科研中。10多年來，他們幾乎天天吃學校食堂，家中廚房一年用不了幾次。“在研發中難免會遇到分歧。”王桂蘭說，“他首次跟我提出‘鑄鍛銑一體化’構想時，我認為是異想天開，兩人為此進行了激烈的爭吵。”但真理是唯一的，研發過程中雖經歷了多次失敗，王桂蘭仍帶領學生按照丈夫的思路反復實驗，最終，團隊取得了成功。