將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，華中大金屬3D打印“微鑄鍛”技術助力國之重器

近日，華中科技大學張海鷗教授技術產業化團隊接到今年復工復產以來的大單——為某大型船舶製造單位提供一批大型泵噴推進器槳葉。張海鷗教授團隊採用自主研發的金屬3D打印“微鑄鍛”技術，成功製造應用於船舶重工等國之重器的大型泵噴推進器槳葉，實現了複雜曲面構件增等減材一體化複合快速製造，解決了3D打印技術中大尺寸零件製造中的“卡脖難題”。

泵噴推進器主要應用於潛艇軍事、船舶重工等領域，是船舶航行的重要動力裝置。通過金屬3D打印“微鑄鍛”技術製造成功的大型泵噴推進器槳葉製造週期相比傳統方式縮短了2/3，構件的力學性能得到了大幅度提升，製造精度差由以前的0.5mm提高到0.1mm，沒有檢測到鑄造缺陷如氣孔、裂紋等。

傳統的金屬零件製造方式經歷了等材製造、減材製造、增材製造三個階段。等材製造，是指通過鑄、鍛、焊等方式生產製造產品，材料重量基本不變，距今已有3000多年曆史；減材製造，是指在工業革命後，使用車、銑、刨、磨等設備對材料進行切削加工，以達到設計形狀，距今也有300多年的歷史。增材製造，俗稱3D打印，是一種“自下而上”通過材料累加的製造方法，從無到有。這使得過去受到傳統制造方式的約束，而無法實現的複雜結構件製造變為可能。

“常規金屬3D打印同樣存在‘卡脖’問題：一是沒有經過鍛造，金屬抗疲勞性嚴重不足；二是製件性能不高，難免存在疏鬆、氣孔和未熔合等缺陷；三是大都採用激光、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。”張海鷗介紹，正因如此，全球金屬3D打印儘管在中小尺寸零部件製造中存在優勢，但在大尺寸零件製造上無法和大型鍛壓機相比，因此無法進入大型複雜零件的高端應用。

張海鷗教授帶領研究團隊潛心攻關，經過二十年不懈努力，發明了“微鑄鍛”3D打印技術，創造性地將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，實現了首超西方的邊鑄邊鍛的顛覆性原始創新。

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，這一層打印完後，連續冷鍛軋製算一步，二步要分開依次進行，即前一個步驟完了，後一個步驟方可進行，中間還要騰出金屬冷卻的時間。“微鑄鍛技術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，同時一台設備完成了過去諸多大型設備才能完成的工作，生產設備功率只需50千瓦，單位時間能耗為巨型壓機的千分之二，綠色又高效。”他介紹説。

金屬3D打印“微鑄鍛”技術將“髒、重、險”的傳統工業生產方式變為“潔、輕、安”的美好生產方式，實現了高端製造業的綠色智能化轉型升級，對國之重器的自主創新意義重大。業界普遍認為，金屬3D打印“微鑄鍛”技術極有可能開闢機械製造史上前所未有的綠色製造新時代，助力中國從製造大國向製造強國轉變。

目前，相關產品已應用於大型飛機、航空發動機、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製造領域。“以飛機制造為例，目前一架大型客機的機體結構零件數量數以萬計，如果未來可利用3D打印技術生產大型、複雜、整體、高性能、輕量化構件，那麼一架大型客機的機身結構零部件數量可能僅需數百個。不僅如此，未來利用金屬3D打印技術，再搭配模擬仿真技術，飛機的研製生產週期也將實現數量級降低。”張海鷗説，“説不定僅需從前的一半時間，一台大飛機就可從圖紙變成一台真實可觸的‘巨無霸’。”

作者：本報駐鄂記者 錢忠軍 通訊員 徐小丹 王瀟瀟

編輯：付鑫鑫
責任編輯：劉棟

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