華中科大全球首創(chuàng)鍛件3D打印技術(shù)，打印2噸金屬件只需10天

居里夫婦志趣相投、獻(xiàn)身科研的故事為人熟知，他們因放射性研究共同獲得諾貝爾獎(jiǎng)，更是科學(xué)界的一段佳話。而在華中科技大學(xué)也有這么一對(duì)夫妻教授，他們18年來(lái)從事著同樣的研究——鑄鍛銑一體化3D金屬打印，并成功制造出世界首批3D打印鍛件，昨日在漢召開該成果發(fā)布會(huì)。

據(jù)了解，這一技術(shù)改變了長(zhǎng)期以來(lái)由西方引領(lǐng)的“鑄鍛銑分離”的傳統(tǒng)制造歷史，獲20多項(xiàng)中國(guó)和國(guó)際發(fā)明專利。該成果目前已用于制造我國(guó)新型戰(zhàn)機(jī)掛件、高鐵轍叉等多項(xiàng)支柱產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域及大型先進(jìn)尖端武器裝備領(lǐng)域。


有趣的“包餃子”理論

張海鷗王桂蘭夫婦

60歲的張海鷗教授來(lái)自華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院，53歲的王桂蘭教授來(lái)自該校材料學(xué)院。昨日，記者獲準(zhǔn)探訪兩位教授的實(shí)驗(yàn)基地，看到了這項(xiàng)融合了3D打印、半固態(tài)鍛造、機(jī)器人3項(xiàng)技術(shù)的最新成果，并了解了他們科研背后的故事。

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)基地，一臺(tái)長(zhǎng)4米、高和寬均為2米的“鐵疙瘩”映入眼簾，它可是世界上首次成功打印出具有鍛件性能的高端金屬零件。在填充金屬絲材后，打印針頭來(lái)回移動(dòng)，材料從3D打印針頭中被擠出來(lái)，物料在過(guò)程中被一層一層疊加成型，同時(shí)進(jìn)行高溫?zé)崽幚�，軋輥沿著熔積方向?qū)θ鄯e層進(jìn)行鍛造，最后銑削成型�！皞鹘y(tǒng)工藝鑄造、鍛造、銑削是分離進(jìn)行的，但在這臺(tái)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)了一體化。”張海鷗教授解釋說(shuō)，如果把制作一個(gè)精密復(fù)雜零部件想成包餃子,那么就需要和面、搟皮、配餡等環(huán)節(jié),如果其中一個(gè)環(huán)節(jié)不到位,下鍋后可能就露餡,現(xiàn)在這些工序合在一起，皮餡結(jié)合緊致，就不會(huì)露餡。“露餡的餃子還能吃，但零件‘露餡’就會(huì)疏松，只能報(bào)廢�！�

更難能可貴的是，這種技術(shù)以高效廉價(jià)的電弧為熱源，以低成本的金屬絲材為原料，材料利用率為80％以上，傳統(tǒng)工藝的材料利用率僅為5%。且無(wú)需大型鑄鍛銑設(shè)備和模具，通過(guò)計(jì)算機(jī)直接控制鑄鍛銑路徑，大大降低了設(shè)備投資和運(yùn)行成本。


夫妻“吵架”吵出高科技

記者了解到，這項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)兩個(gè)歷史性重大突破：一是將改變長(zhǎng)期以來(lái)由西方引領(lǐng)世界的“鑄鍛銑分離”的傳統(tǒng)制造歷史，二是在世界上首次鑄鍛銑一體化3D打印出高性能鍛件，有望開啟人類在一臺(tái)設(shè)備上綠色制造高端金屬鍛件的新的歷史。

但不為人知的是，這項(xiàng)技術(shù)居然是這對(duì)教授夫婦“吵架”吵出來(lái)的。王桂蘭教授說(shuō)，2008年，張海鷗首次向她提出“鑄鍛銑一體化”構(gòu)想，她認(rèn)為這是異想天開，兩人還吵了一架。張海鷗教授笑著說(shuō)：“這不怪她，誰(shuí)叫鑄、鍛、銑分離技術(shù)存在了上千年，要改變談何容易？”不過(guò)吵歸吵，張海鷗的設(shè)想打開了王桂蘭的思路，她最后還是帶著10多個(gè)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，“當(dāng)時(shí)想著要是行不通，也至少可以讓他死心�！蓖豕鹛m說(shuō)。

研發(fā)過(guò)程失敗了很多次，他們也吵了很多次�！懊看问�敗他都會(huì)挨我一頓抨擊�！蓖豕鹛m笑著說(shuō)，“但我又會(huì)不自覺按他的思路繼續(xù)試，錯(cuò)了就繼續(xù)吵，吵完再接著干�！狈驄D倆夜以繼日地進(jìn)行研發(fā)，全身心地投入到實(shí)驗(yàn)中，18年來(lái)幾乎天天吃食堂，家里廚房一年用不了幾次。2010年，西飛大型飛機(jī)蒙皮熱壓成形模具的誕生，驗(yàn)證了“鑄鍛銑三合一”的可行性，實(shí)現(xiàn)了首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創(chuàng)新，成功實(shí)現(xiàn)鑄鍛銑一體化。

延伸閱讀：《中國(guó)發(fā)明3D打印“金屬微鑄鍛”》

來(lái)源：荊楚網(wǎng)