張海鷗教授研發(fā)的“微鑄鍛”金屬3D打印獲再突破性進(jìn)展

據(jù)南極熊了解，近日，由該團(tuán)隊(duì)歷時(shí)十余年研發(fā)的金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)相繼成功應(yīng)用于大型泵噴推進(jìn)器槳葉、新型高爐風(fēng)口等大型復(fù)雜零件及高端材料制造中，充分證明了金屬3D打印“微鑄鍛”這一原創(chuàng)短流程綠色制造技術(shù)的巨大市場(chǎng)潛力和廣泛應(yīng)用前景。

（生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的張海鷗、王桂蘭教授夫婦）

（微鑄鍛同步制造設(shè)備）

金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)破解復(fù)雜大型零件制造“卡脖難題”
金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)一次性制造成功大型泵噴推進(jìn)器槳葉，該槳葉選用不銹鋼316L原材料，成型尺寸達(dá)到直徑0.6米、高度1米，總重量160千克，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“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?jiǎng)恿ρb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)器槳葉通過驗(yàn)收與測(cè)試，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(cè)到鑄造缺陷如氣孔、裂紋等。

（泵噴推進(jìn)器示意圖，圖源網(wǎng)絡(luò)）

“我們將原先需要8萬(wàn)噸力才能完成的動(dòng)作，降低到八萬(wàn)分之一，也就是不到1噸的力即可完成，同時(shí)一臺(tái)設(shè)備完成了過去諸多大型設(shè)備才能完成的工作，綠色又高效�！睆埡ｚt介紹。

生產(chǎn)設(shè)備功率只需50千瓦，單位時(shí)間能耗為巨型壓機(jī)的千分之二，金屬3D打印“微鑄鍛”完全改變了傳統(tǒng)機(jī)械制造長(zhǎng)期依賴巨型鍛機(jī)、長(zhǎng)流程重污染的模式，不僅突破了現(xiàn)有3D打印金屬零件疲勞性能和可靠性難及鍛件的“卡脖”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。
“金屬3D打印“微鑄鍛”不僅實(shí)現(xiàn)了大型泵噴推進(jìn)器槳葉綠色高效的短制造流程，還顯著提高了材料的疲勞壽命和可靠性，為船舶航行提供更為強(qiáng)勁、穩(wěn)定的“中國(guó)動(dòng)力”張海鷗介紹。

(張海鷗團(tuán)隊(duì)研發(fā)人員進(jìn)行設(shè)備調(diào)試）

金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)是高端材料制造升級(jí)“殺手锏”
金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)還在近日由中國(guó)寶武武鋼集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱“武鋼”）成功應(yīng)用于高爐風(fēng)口制造，經(jīng)檢驗(yàn),該新型高爐風(fēng)口耐磨性大幅提高，抗熱震性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)等離子噴涂工藝，風(fēng)口使用壽命較傳統(tǒng)方法提高5倍以上，產(chǎn)生了重大經(jīng)濟(jì)效益。

（高爐風(fēng)口強(qiáng)化前后形貌對(duì)比）

武鋼副總經(jīng)理、原煉鐵廠廠長(zhǎng)陸隆文介紹，因?yàn)樾滦吞荻裙δ軓?fù)合材料“高爐風(fēng)口”的使用壽命長(zhǎng)，大大減少了停爐更換風(fēng)口的時(shí)間，有效提高了設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。經(jīng)初步估算，使用壽命較傳統(tǒng)產(chǎn)品提高5倍以上，節(jié)約的風(fēng)口購(gòu)置成本及更換導(dǎo)致的停爐效益共計(jì)約3027萬(wàn)元。

高強(qiáng)韌高可靠鍛件是高端裝備在惡劣工況下順利運(yùn)行的根本保證，其高品質(zhì)短流程綠色制造技術(shù)是各強(qiáng)國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。在航天航空領(lǐng)域，高端零件的工況同樣十分惡劣，需要極高的耐腐蝕性和耐熱性，這與高爐風(fēng)口的工況有一定類似性。

“高爐風(fēng)口的成功驗(yàn)證了“微鑄鍛”技術(shù)制造的零件完全可以滿足這些要求。包括航天航空在內(nèi)這樣的“尖板眼”制造領(lǐng)域，金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)同樣可以大派用場(chǎng)�！�

張海鷗介紹，該技術(shù)不僅舉重若輕地實(shí)現(xiàn)了短流程綠色制造，還大幅提高了制件的強(qiáng)度和韌性，提高了構(gòu)件的疲勞壽命和可靠性，可實(shí)現(xiàn)梯度材料、高溫合金及超高強(qiáng)度鋼等難成形材料的高品質(zhì)制造，廣泛應(yīng)用于航空航天、能源、艦船等領(lǐng)域的高強(qiáng)韌可靠性鍛件制造，接受各種極端環(huán)境的嚴(yán)苛考驗(yàn)。

金屬3D打印“微鑄鍛”喜獲湖北省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)
今年6月，金屬微鑄鍛同步復(fù)合增材制造技術(shù)與裝備獲得2019年度湖北省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。在湖北省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)評(píng)語(yǔ)中寫道：“該技術(shù)在技術(shù)原理、工藝及裝備等方面取得突出創(chuàng)新，在國(guó)內(nèi)外首次研制成功微鑄鍛合一裝備，獲得20余項(xiàng)專利等多項(xiàng)創(chuàng)新性成果，整體技術(shù)居于國(guó)際領(lǐng)先水平�！�

（張老海鷗教授接受電視臺(tái)采訪）

張海鷗認(rèn)為，科學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)將顯著改變?nèi)祟惖乃枷胗^念，技術(shù)的重大發(fā)明將改變?nèi)祟惖纳�活和生產(chǎn)方式。如今，科研基礎(chǔ)條件大大改善，大力發(fā)展原創(chuàng)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用正當(dāng)其時(shí)。

“金屬3D打印‘微鑄鍛’顛覆了國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝流程和裝備，有望結(jié)束傳統(tǒng)重工業(yè)制造方式，破解了復(fù)雜大型零件制造的‘卡脖難題’，將‘臟、重、險(xiǎn)’的傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式變?yōu)椤疂崱⑤p、安’的美好生產(chǎn)方式。有望開辟中國(guó)領(lǐng)先于世界水平的綠色制造新時(shí)代�！睆埡ｚt說。

小科普：常規(guī)金屬3D打印存在“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。  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(shì)，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。

針對(duì)金屬3D打印中的世界性難題，張海鷗教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)潛心攻關(guān)，經(jīng)過二十年不懈努力，發(fā)明了“智能微鑄鍛”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(shí)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(guó)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(gè)步驟完了，后一個(gè)步驟方可進(jìn)行，中間還要騰出金屬冷卻的時(shí)間。

智能微鑄鍛技術(shù)可以同步進(jìn)行上述步驟，打印完成了，鑄鍛也就同時(shí)完成了，熔積效率是前者的3倍。將原先需要8萬(wàn)噸力才能完成的動(dòng)作，降低到八萬(wàn)分之一，也就是不到1噸的力即可完成，同時(shí)一臺(tái)設(shè)備完成了過去諸多大型設(shè)備才能完成的工作，綠色又高效。