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，華中科技大學張海鷗教授技術(shù)產(chǎn)業(yè)化團隊接到今年復工復產(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器槳葉。張海鷗教授團隊采用自主研發(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器槳葉，實現(xiàn)了復雜曲面構(gòu)件增等減材一體化復合快速制造，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)備對材料進行切削加工，以達到設(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�！睆埡ｚt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相比，因此無法進入大型復雜零件的高端應(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，二步要分開依次進行，即前一個步驟完了，后一個步驟方可進行，中間還要騰出金屬冷卻的時間�！拔㈣T鍛技術(shù)可以同步進行上述步驟，打印完成了，鑄鍛也就同時完成了，熔積效率是前者的3倍�！�

“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的千分之二，綠色又高效�！彼�介紹說。

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)椤皾崱⑤p、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)界普遍認為，金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)極有可能開辟機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國轉(zhuǎn)變。

目前，相關(guān)產(chǎn)品已應(yīng)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�！耙燥w機制造為例，目前一架大型客機的機體結(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、復雜、整體、高性能、輕量化構(gòu)件，那么一架大型客機的機身結(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)，飛機的研制生產(chǎn)周期也將實現(xiàn)數(shù)量級降低。”張海鷗說，“說不定僅需從前的一半時間，一臺大飛機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，華中科技大學張海鷗教授在南極熊3D打印直播平臺上，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。詳細報道請看《1.3萬人氣，張海鷗教授微鑄鍛銑復合增材制造令人矚目》http://m.lhkhtyz.com/thread-140889-1-1.html

△直播視頻
直播現(xiàn)場相當火爆，觀看人次超過1.3萬人次。視頻已經(jīng)可以回看，沒有來得及觀看直播或者只看了一部分的熊友可以掃描下方二維碼繼續(xù)觀看回放。