BOB博鱼·(Boyu)-华科张海鸥教授破解世界性难题——3D打印飞机零件

发布时间：2024-10-13 丨 浏览次数：

“我们的技术将在先进设备生产领域引发新一轮的革命。”日前，华中科技大学机械科学与工程学院教授张海鸥携同其研发的“智能微铸锻铣填充生产技术”，与法国空客公司举办了技术合作签下仪式，这是法中两国在先进设备生产领域的一项最重要合作。

这位年过60岁的老人和夫人王桂兰一起，率领团队用14年的时间，密码了后遗症金属3D（三维）打印机的世界级技术难题，构建了我国首超强西方的微型边铸造边锻的颠覆性完整创意。不仅是空客，美国通用电气公司不久前也主动上门接洽合作。创意成果被航空业巨头竞相追赶，指出了我国在3D打印机技术上早已由“跟跑完”开始转入“排在”阶段。

将金属铸、锻压技术合二为一，转变西方引导的生产模式在华中科技大学，张海鸥、王桂兰夫妇就像一段传奇。跟电弧光做事十余年，他们被称作“华科居里夫妇”。只不过，张海鸥的科研路极为交错，刚刚跟上时，他集中精力于轧钢研究。但“这项技术，日本早已研究得差不多了”，导师的话如当头一棒，他据知了。

考虑到一再，他于1987年东渡日本“玄奘”。王桂兰说道，在日本工作之余，她做到得最少的就是搜集资料，从课程配备到最前沿的技术，无所不有。

“回国的时候，资料整整包了31个大箱子。”十几年科研路，就是大大试错的过程。“唯有创意才有未来，跟在别人后面是会有过于大决心的。”1998年，张海鸥被引入到华中科技大学，致力于高效低成本无模较慢生产技术研究，4年后开始主攻金属3D打印机。

试错之后步入创意。2016年7月，张海鸥团队创造性地将金属铸、锻压技术合二为一，顺利生产降生界首批3D打印机锻件，构建3D打印机锻态等轴细晶化、低均匀分布致密度、低坚韧、形状简单的金属锻件，全面提高了制件强度、韧性、疲惫寿命及可靠性，减少设备投资和原材料成本，大幅度延长生产流程与周期，全面解决常规3D打印机成本高、工时宽，打印机不出有经久耐用材质的世界性难题。专家回应，这项技术转变了长期以来由西方引导的“铸锻铣分离出来”的传统生产历史，将打开实验室生产大型机械的历史。

攻下传统技术难题，推展金属3D打印机制件转入高端应用于最近几天，在华中科技大学数字生产装备与技术国家重点实验室的实验基地，张海鸥团队正在集中力量生产一批应用于航空领域的高端金属锻件。目前由“智能微铸锻”打印机出有的高性能金属锻件，已超过2.2米长约260公斤。

现有设备已打印机飞机用钛合金、海洋深潜器、核电用钢等8种金属材料，是世界上唯一可以打印机出有大型高可靠性能金属锻件的增材生产技术装备。据介绍，在传统机械制造中，铸铁后的金属材料无法必要加工成高性能零部件，必需通过切削改建其内部结构，解决问题成型问题。

但是对超大锻机的过度倚赖，造成机械制作投资大、成本高且制作流程宽、能耗大、污染和浪费相当严重的问题。正因如此，金属3D打印机技术因能解决问题以上弊病而沦为前沿性的先进设备生产技术。作为全球新一轮科技革命和产业革命的最重要推动力，目前早已在航空航天、医疗、汽车等领域开始取得大规模应用于。

“常规金属3D打印机不存在可怕缺失：一是没经过切削，金属抗疲劳性严重不足；二是制件性能不低，不免不存在质地、气孔和并未成形等缺失；三是大都使用激光、电子束为热源，成本高昂。所以构成了中看不中用的失望局面。”张海鸥讲解，正因如此，全球金属3D打印机行业仍然处在“模型生产”和展出阶段，无法转入高端应用于。2016年7月，张海鸥团队研发出微铸锻实时填充设备，并打印出有全球第一批锻件：铁路关键部件辙叉和航空发动机最重要部件过渡性冶。

专家回应，这种新方法制件“强度和塑性等性能及均匀分布性明显低于权利增材成形，并多达锻件水平”，“将为航空航天高性能关键部件的生产获取我国独有国际领先的高效率、较短流程、低成本、绿色智能生产的前瞻性技术支持。”“常规3D打印机金属零件的过程是打印机算数一层，铸算数一层，锻压又一层，三者要分离依序展开，即前一个步骤完了，后一个步骤方可展开，中间还要留出金属加热的时间”。

张海鸥讲解，智能微铸锻技术可以同时展开上述步骤，打印机已完成了，铸锻也就同时已完成了。“我们将原本必须8万吨力才能已完成的动作，减少到八万分之一，也就是将近1吨的力才可已完成，同时一台设备已完成了过去诸多大型设备才能已完成的工作，绿色又高效。”他说道。

从“跟跑完”到“排在”，为先进设备制造业带给深刻印象的技术变革张海鸥讲解，我国3D打印机产业仍然正处于“跟跑完”阶段，与发达国家比起，我国3D打印机产业大多逗留在科研层面。要挣脱“跟跑完”的失望，必需创意。

在他的研究方向上，恣意都反映了创意精神。“当时国内外的金属3D打印机主要以激光、电子束为热源，我们想要降低成本，就自由选择了等离子束为热源，找到效率很高。”张海鸥讲解，等离子和激光做到热源都是通过高能束来熔融金属粉末，生产金属模具，但两者的再次发生装置和加工方式有所不同，等离子具备成本低、成形亲率高等优点。

十几年前，金属3D打印机作出的制件十分坚硬，经过后期机械加工后才能当作零件用于，而要打印机简单制件，则完全不有可能构建。张海鸥率领团队重复实验，在金属3D打印机中重新加入了铣削环节，边打印机边展开机械加工，攻下了此项难题，取得国家发明专利。自由选择铸锻合一的方向是更大的创意。“他首次跟我明确提出‘铸锻铣一体化’设想时，我指出是异想天开，两人为此展开了白热化的争执。

”王桂兰说道，很多时候，创意是在夫妇俩的争执中产生的。重复实验、大大试错之后，研究方向愈发明晰。2010年，大型飞机蒙皮热压成形模具的问世，检验了在金属3D打印机中填充锻打的可行性。

铸锻一体化3D打印机技术公布后，国外航空工业巨头争相上门接洽合作。据介绍，美国通用公司不久前巨资并购了德国和瑞典两家3D打印机公司，但对于许多必须切削性能的大中型承力构件仍无能为力，而张海鸥团队的研究成果可填补这个缺失。北京工业大学教授陈继民指出，张海鸥发明者的技术在航空航天、核电、舰船、高铁等重点支柱领域的应用于前景辽阔，比如对于长寿命、高可靠性的航空发动机关键部件的生产有明显优势。

在我国研制的新型战斗机上，一种新型简单钛合金连接器的生产也早已开始和张海鸥团队合作，用该技术打印机出来的钛合金抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性皆多达传统锻件。目前，该技术正在西航动力公司、西安飞机制造公司等新产品研发中应用于，早已批量生产了高温合金双叉叶轮、铝硅合金热压泵体、发动机过渡性段等零件，以及大型飞机蒙皮热压成形双曲面模具、轿车翼子板冲压成形FGM模具等，应用于前景辽阔。目前，根据空客公司对飞机零部件的市场需求，张海鸥团队正在展开研发，“一旦之后取得接纳，我们将夺得空客的零部件生产的订单，同时还有可能取得更加多国际民用航空巨头的注目。”张海鸥说道。

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