世界首臺(tái)鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機(jī)床研發(fā)成功

來源：漢新聞

近日，由華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院張海鷗團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的 “高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)進(jìn)入驗(yàn)收階段�；�于該專項(xiàng)，團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出世界首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機(jī)床,首次實(shí)現(xiàn)了連續(xù)鑄鍛同步工藝，將重點(diǎn)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域。

數(shù)控機(jī)床是打造高端制造業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵，被《中國制造 2025》列入“加快突破的戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域”，且關(guān)系到基礎(chǔ)制造產(chǎn)業(yè)安全與國家戰(zhàn)略安全。即使在全球一體化的今天，歐美等西方國家和日本仍對(duì)中國實(shí)行關(guān)鍵設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)出口限制和監(jiān)督使用，并且越發(fā)嚴(yán)格。振興民族產(chǎn)業(yè)，提升國產(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備整體競爭力勢在必行。

2019年2月，武漢天昱智能制造有限公司、武漢重型集團(tuán)有限公司、華中數(shù)控股份有限公司等單位共同申報(bào)了 2019 年度“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)�；�于該專項(xiàng)，張海鷗團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地采用微鑄、微鍛、銑、磨在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上同工位集成，促進(jìn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、不受制于人的國產(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備和數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

工業(yè)“大象”的任務(wù)交“螞蟻”來做

“傳統(tǒng)工藝的鑄造、鍛造、銑削是分別完成的，直到用了這臺(tái)機(jī)器，才實(shí)現(xiàn)了一體化�！睆埡ｚt介紹，“我們可以把制作精密復(fù)雜零部件想象成包餃子。和面、搟皮、包餃子等各個(gè)環(huán)節(jié)都不能出問題，否則可能一煮就破。破了的餃子還能吃，但零件‘露餡’了只能也必須報(bào)廢�！倍�鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機(jī)床，不僅破解了在復(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核心難題，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。

中航飛機(jī)股份有限公司作為應(yīng)用單位，在驗(yàn)收?qǐng)?bào)告中評(píng)價(jià)：微鑄鍛快速制造技術(shù)在飛機(jī)復(fù)合材料成形具制造方面具有明顯的周期和成本優(yōu)勢�，F(xiàn)有的制造技術(shù)尚難以滿足飛機(jī)研制中氣密，復(fù)雜，大型復(fù)合材料模具快速制造的要求。采用華中科技大學(xué)張海鷗團(tuán)隊(duì)的金屬零件微鑄鍛合一快速制造新技術(shù)，一次成功試制了飛機(jī)復(fù)合材料成型模具�？朔�了制造氣密、復(fù)雜、大型磨具難度大、成品率低，周期長的瓶頸問題，制造周期縮短1／2到1／3，是此類高性能模具的發(fā)展方向。

2020年4月14日，湖北省機(jī)械工程學(xué)會(huì)召開了由華中科技大學(xué)完成的“金屬鍛件微鑄鍛原位復(fù)合增材制造技術(shù)與裝備”科技成果鑒定會(huì)。經(jīng)質(zhì)詢和討論，鑒定委員會(huì)認(rèn)為:該項(xiàng)目整體技術(shù)居于國際領(lǐng)先水平。

近年來，團(tuán)隊(duì)相繼成功打印出大型飛機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫合金機(jī)匣、鋁合金機(jī)匣、鈦合金葉輪等高端裝備構(gòu)件。提升了相關(guān)領(lǐng)域?qū)�國產(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備的信賴程度，促進(jìn)了我國大型先進(jìn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)自主研制的跨越式發(fā)展，有望成為航空制造領(lǐng)域早日全面實(shí)現(xiàn)“中國心”的破題之術(shù)。

華中大“居里夫婦”：做“中國制造”的“熱血戰(zhàn)士”

1998年，張海鷗和妻子王桂蘭在日本東京大學(xué)完成學(xué)業(yè)后回國，共同任教于華中科技大學(xué)。2009年，張海鷗開始構(gòu)想讓金屬3D打印制件具備鍛件性能，從而應(yīng)用于高端領(lǐng)域�！昂芏嗤�行在這里受阻�！睆埡ｚt偏偏去挑戰(zhàn)一個(gè)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(shù)。

3D打印雖已發(fā)展近30年，但由于沒有鍛造環(huán)節(jié)，制件普遍存在性能及可靠性不及鍛件、易產(chǎn)生裂縫、變形等缺陷。張海鷗首次跟夫人王桂蘭提出“鑄鍛銑一體化”構(gòu)想時(shí)，實(shí)驗(yàn)條件惡劣、研究經(jīng)費(fèi)短缺，王桂蘭毫不猶豫拿出家中僅有的積蓄全力支持他。

張海鷗夫婦的家離實(shí)驗(yàn)室很近，即便很近，他們還是覺得耽誤時(shí)間，索性搬來一張行軍床，困了就在實(shí)驗(yàn)室里躺一躺；平時(shí)學(xué)生們都是“四班倒”，而兩位教授卻始終“在一線”。正是如此，夫婦倆被師生們親切地稱為華科“居里夫婦”。

“當(dāng)年我和實(shí)驗(yàn)室王湘平、唐尚勇等學(xué)生一起，跟張老師和王老師在通風(fēng)不良、雨天屋頂瀑布、地面汪汪積水的破舊廠房里，度過了數(shù)不清的日日夜夜。印象最深的是盛夏時(shí)節(jié)，炙熱的等離子弧灼烤著臉頰，眼睛刺得睜不開、皮膚火辣辣地疼，全身奇癢、蛻皮。。�！被貞涀畛醺�隨導(dǎo)師科研攻關(guān)的日子，如今已是技術(shù)產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人之一的符友恒博士感慨萬千。

“由于高端件對(duì)組織性能的要求極其苛刻，裝備、工藝、原材料與操作及環(huán)境的許多細(xì)節(jié)都必須嚴(yán)格，一絲不茍。光是產(chǎn)品質(zhì)量控制相關(guān)的文檔都多達(dá)50個(gè)以上�！狈�友恒介紹。

2010年，大型飛機(jī)蒙皮熱壓成形模具的誕生，驗(yàn)證了張海鷗在3D打印中復(fù)合鍛打的可行性。其后，該技術(shù)不斷完善，打印出飛機(jī)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(wěn)定超過傳統(tǒng)制件。

眼下，中國制造業(yè)部分領(lǐng)域面臨“大而不強(qiáng)”的局面。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，我國中低端數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大，但部分高端數(shù)控機(jī)床仍需要進(jìn)口。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，也存在相似的問題：高性能復(fù)雜構(gòu)件加工難度大、成本高，部分核心技術(shù)尚掌握在西方少數(shù)國家手中。

“正是如此，我們科研工作者作為華夏子孫，更需要以熱血戰(zhàn)士的心態(tài)去戰(zhàn)斗、去沖鋒，把核心技術(shù)掌握在國人自己手中！”王桂蘭說�！跋Ｍ�我與丈夫能共同見證鑄鍛銑一體化3D打印技術(shù)全面應(yīng)用的那一天，為中國制造貢獻(xiàn)畢生力量！”

唯一列入國家限制出口目錄的3D打印技術(shù)

8月28日，商務(wù)部、科技部調(diào)整發(fā)布《中國禁止出口限制出口技術(shù)目錄》。鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)被列入限制出口目錄。

此前，國際權(quán)威3D打印雜志《烏勒斯報(bào)告》（《Wholers Report》）曾評(píng)價(jià)道：中國張海鷗團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)電弧熔積與原位熱軋（鑄鍛銑）同步制造技術(shù)， 不同于國際同行團(tuán)隊(duì)的電弧熔積的分步制造技術(shù)。張海鷗團(tuán)隊(duì)利用鑄鍛銑工藝，獲等軸細(xì)晶，成功制造出性能超過鍛件的發(fā)動(dòng)機(jī)零件。

“在獲得國際同行的關(guān)注后，有美國的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商曾三顧茅廬來我這，想出高價(jià)購買鑄鍛銑一體化設(shè)備。考慮到這是關(guān)系國家與民族切身利益的事兒，我直接拒絕了�！�

張海鷗透露，自從發(fā)明技術(shù)被列入出口限制后，想跟團(tuán)隊(duì)合力進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用推廣的國內(nèi)投資人也多了起來。“畢竟，這是國外沒有的中國原創(chuàng)發(fā)明。我們也迫切希望能夠有更多的中國人參與進(jìn)來，一起把鑄鍛銑金屬3D打印技術(shù)推向大范圍的應(yīng)用，讓中國在突破復(fù)雜大型零件制造的核心難題方面，從先進(jìn)到領(lǐng)先，并能保持持續(xù)領(lǐng)先�！�

責(zé)編：王鳳君
融媒體記者：許濤 駱丹
通訊員：徐小丹
編輯：李家靜

今年，南極熊邀請(qǐng)了張海鷗教授做了一場線上直播，介紹了這項(xiàng)鑄鍛銑一體化3D打印技術(shù)。

△視頻：張海鷗教授微鑄鍛銑復(fù)合增材制造直播