华中科技大学金属3D打印“微铸锻”技术又迎来新的应用进展。近日，该技术由中国宝武武钢集团有限公司（简称“武钢”）成功应用于高炉风口制造，经检验,该新型高炉风口耐磨性大幅提高，抗热震性能远优于传统等离子喷涂工艺，风口使用寿命较传统方法提高5倍以上，产生了重大经济效益。
金属3D打印“微铸锻”技术由华中大机械学院张海鸥教授历经十余年研发成功。业界普遍认为，新型高炉风口在武钢应用成功，充分证明了金属3D打印“微铸锻”这一原创短流程绿色制造技术的巨大市场潜力和广泛应用前景。
武钢有限炼铁厂高炉风口
高炉风口被广泛应用于冶金、能源和化工等行业，具有传导性好、冷却均匀、冷却效率高、组织致密、耐磨性好等特点。高炉风口通常安装于炉腹与炉底之间的炉墙中，直接受到液态渣铁的热冲蚀和掉落热料的严重磨损，工作温度最高可达2000℃以上，不仅需要优异的抗热震性，还需要耐矿石冲击磨损。传统工艺制造的高炉风口平均仅能使用6个月，更换率高，对生产效率有着至关重要的影响。
时任武钢技术部长赵思介绍，金属3D打印“微铸锻”技术从2014年10月便开始应用在高炉风口的生产制造中，新型高炉风口使用了金属3D打印“微铸锻”技术在风口内壁熔覆一层新型梯度功能复合材料强化层，大幅提高内壁表面硬度与抗热震性，有效延长了风口的使用寿命。
武钢副总经理、原炼铁厂厂长陆隆文介绍，因为新型梯度功能复合材料“高炉风口”的使用寿命长，大大减少了停炉更换风口的时间，有效提高了设备利用率和生产效率，经济效益显著。经初步估算，使用寿命较传统产品提高5倍以上，节约的风口购置成本及更换导致的停炉效益共计约3027万元。
“金属3D打印‘微铸锻’可实现常规3D无法打印的高品质锻件。大幅提高了制件强度和韧性，提高了构件的疲劳寿命和可靠性，可实现梯度材料、高温合金及超高强度钢等难成形材料的高品质制造。”张海鸥说，“像高炉风口这样的‘尖板眼’制造领域，金属3D打印‘微铸锻’技术正好可以一显身手。”
金属3D打印“微铸锻”技术是高端材料制造升级“杀手锏”
高强韧高可靠锻件是高端装备在恶劣工况下顺利运行的根本保证，其高品质短流程绿色制造技术是各强国可持续发展的战略制高点。一百多年来，世界制造业一直采用铸-锻-热-削多工序分步、长流程、大型锻机、重污染模式制造锻件，大型复杂件受限于锻机可锻面积，无法整体锻造，只能分块锻后拼焊，可靠性降低。新兴的增材制造技术（3D打印技术）有铸无锻，疲劳性能不及锻件。
风口强化前后形貌对比图
张海鸥团队经过十多年潜心攻关，研制出微铸锻同步复合设备，创造性地将金属铸造、锻压技术合二为一，实现了首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创新。
张海鸥介绍，在航天航空领域，高端零件的工况同样十分恶劣，需要极高的耐腐蚀性和耐热性，这与高炉风口的工况有一定类似性。“高炉风口的成功验证了“微铸锻”技术制造的零件完全可以满足这些要求。包括航天航空在内这样的“尖板眼”制造领域，金属3D打印“微铸锻”技术同样可以大派用场。”
“我们将原先需要8万吨力才能完成的动作，降低到八万分之一，也就是不到1吨的力即可完成，节能高达90%。经过验证，锻件疲劳寿命超过国际航空锻件水平，且成形效率为国外顶级水平的3倍，可实现常规3D无法打印的高品质锻件。”张海鸥称，金属3D打印“微铸锻”技术不仅举重若轻地实现了短流程绿色制造，还大幅提高了制件的强度和韧性，提高了构件的疲劳寿命和可靠性，可实现梯度材料、高温合金及超高强度钢等难成形材料的高品质制造，广泛应用于航空航天、能源、舰船等领域的高强韧可靠性锻件制造，接受各种极端环境的严苛考验。
“这项独一无二的原创技术，将‘脏、重、险’的传统工业生产方式变为‘洁、轻、安’的美好生产方式，可望成为我国高端材料制造升级的‘杀手锏’！”张海鸥信心满满。
目前，张海鸥团队已完成了内燃机过渡段、螺旋桨、辙叉、飞机挂架、航空发动机匣、球阀、承力钢构、航空电力件、航空发动机关键承力件等全系列微铸锻产品打印装备开发。产品应用于大型飞机、航空发动机、燃气轮机、航天、船舶、先进轨道交通、核电等多个大国重器的装备制造领域。
金属3D打印“微铸锻”对我国大型高端装备自主创新、引领传统工业绿色转型升级具有重大意义。今年以来，该技术获得多项殊荣，“金属微铸锻同步复合增材制造技术与装备”获得2019年度湖北省技术发明奖一等奖；“大型复杂高端零件微铸锻同步超短流程制造技术与装备”提名2020年度国家技术发明奖一等奖。
微铸锻同步制造设备