張海鷗：制造模式的創(chuàng)新—超短流程綠色智能制造中國(guó)模式

閱讀前請(qǐng)先思考以下幾個(gè)問(wèn)題：
1、中國(guó)制造是否需要發(fā)展模式創(chuàng)新？
2、超短流程綠色智能制造的技術(shù)路線是什么？
3、超短流程綠色智能制造的模式有哪些特點(diǎn)？

張海鷗，華中科技大學(xué)二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師，數(shù)字制造裝備與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室金屬3D打印學(xué)術(shù)帶頭人，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟學(xué)術(shù)委員會(huì)委員。武漢天昱智能制造有限公司首席科學(xué)家。張海鷗教授主導(dǎo)研發(fā)的高端鍛件微鑄鍛復(fù)合增材制造技術(shù)，成功制造出世界首批3D打印鍛件，該技術(shù)為全球首創(chuàng)，獲2017年日內(nèi)瓦國(guó)際技術(shù)發(fā)明展金獎(jiǎng)，中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)特別獎(jiǎng)。已獲中國(guó)和美國(guó)發(fā)明專利授權(quán)。多年來(lái)，團(tuán)隊(duì)在張海鷗教授的領(lǐng)導(dǎo)下，主持完成總裝預(yù)研、軍品配套重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家863計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金及其它縱向項(xiàng)目等30多項(xiàng)課題，在Journal of Applied Physics、Power Sources、Thin Solid Films、Surface and Coating Technology、Rapid Prototyping Journal、Journal of Materials Processing、《中國(guó)科學(xué)》等國(guó)內(nèi)外權(quán)威和核心雜志上發(fā)表論文300余篇。獲國(guó)家發(fā)明專利18項(xiàng)、軟件著作權(quán)2項(xiàng)。其中“智能微鑄鍛銑復(fù)合制造”技術(shù)與裝置獲得中國(guó)和國(guó)際發(fā)明專利，是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的、國(guó)際領(lǐng)先的大型高端金屬?gòu)?fù)雜鍛件優(yōu)質(zhì)高效低成本增材制造技術(shù)。

創(chuàng)新一定要瞄準(zhǔn)最頂層，制造的頂層就是制造方法，如果頂層創(chuàng)新就有可能開(kāi)辟一條新的技術(shù)路線，整個(gè)推翻原來(lái)的技術(shù)方向或技術(shù)手段等等，這就是比較重大的創(chuàng)新，有可能改變我國(guó)在制造技術(shù)上緊跟歐美技術(shù)的傳統(tǒng)路線。

鑄鍛是所有高端裝備里高端零件制造需要的技術(shù)。鑄鍛有很多年的歷史，自古以來(lái)先鑄后鍛，鑄、鍛分步。古代打造寶劍是將金屬熔化成鑄坯，后經(jīng)反復(fù)鍛打消除疏松、氣孔等鑄造缺陷、細(xì)化品粒，強(qiáng)韌性同時(shí)提高成為鑄件，反復(fù)“趁熱打鐵”，最后得到“削鐵如泥”的寶劍。

用大型機(jī)械代替手工的現(xiàn)代鑄鍛是一個(gè)非常長(zhǎng)的流程，金屬熔化、自由鍛、模鍛，一個(gè)起落架要經(jīng)過(guò)四次的自由鍛及四次的模鍛。這之間要反復(fù)加熱，復(fù)雜的零件還需要首先分成幾個(gè)簡(jiǎn)單的零件，然后再拼焊起來(lái)，經(jīng)過(guò)加工，最后得到一個(gè)復(fù)雜的零件，制造周期非常長(zhǎng)，制造設(shè)備也需要很多。

現(xiàn)有制造模式瓶頸

傳統(tǒng)制造模式的瓶頸
鑄鍛焊銑分離：依賴重型裝備，流程長(zhǎng)，材料去除量大，耗材耗能重污染，是非綠色鑄鍛。

3D打印模式的瓶頸
有鑄無(wú)鍛：性能及可靠性難及鑄件，抑制變形和破裂難度大，是介于鑄造和鍛造之間優(yōu)質(zhì)綠色的鑄造。美國(guó)GE公司認(rèn)為3D打印是不能打造鍛件的。

中國(guó)創(chuàng)新制造模式—微鑄鍛銑合一制造
發(fā)明微鑄鍛銑合一超短流程制造鍛件新方法，有望少或不用巨型鍛機(jī)及反復(fù)鍛造、熱處理，是省材的綠色的制造模式。

微鑄鍛銑復(fù)合成形工藝效果
微鑄鍛銑復(fù)合成形工藝之后得到的12級(jí)鍛態(tài)超細(xì)等軸晶是均勻細(xì)小的等軸晶，和傳統(tǒng)鍛造的等軸晶是不同的，晶體更加細(xì)小，強(qiáng)韌性是同時(shí)可以得到提高。微鑄鍛復(fù)合工藝的性能總體和傳統(tǒng)鍛造相比，強(qiáng)度有大的提高，特別是在伸長(zhǎng)率、收縮率和沖擊韌度等數(shù)據(jù)上有很大的提高。

Cranfield大學(xué)提出：“要將電弧熔積及鍛軋集成至一臺(tái)三軸數(shù)控機(jī)上，開(kāi)始嘗試成形零件，但這將是個(gè)挑戰(zhàn)。

本團(tuán)隊(duì)已經(jīng)贏得了挑戰(zhàn)，并在其之前申請(qǐng)了國(guó)際專利。

張海鷗教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)明的微鑄鍛銑合一技術(shù)具有技術(shù)獨(dú)創(chuàng)與領(lǐng)先性，在《Wohlers Report2017》發(fā)布了此項(xiàng)技術(shù)，并開(kāi)發(fā)了全球首創(chuàng)的微鑄鍛銑合一的制造裝備。目前新的應(yīng)用領(lǐng)域上有：超高強(qiáng)鋼起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪后機(jī)匣、鈦合金吊掛盒段、核能水泵殼體、太空密封艙及泵噴推進(jìn)器等等，這些項(xiàng)目的完成完全可以奠定中國(guó)在這項(xiàng)技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位。

微鑄鍛銑合一技術(shù)的展望
1、改變了傳統(tǒng)制造依賴大型鍛壓機(jī)、長(zhǎng)流程的歷史，實(shí)現(xiàn)了“鑄鍛合一，趁熱打鐵”，突破不能3D打印鍛件的瓶頸；
2、用1臺(tái)設(shè)備、金屬絲及很小壓力得到鍛件，節(jié)能90%，實(shí)現(xiàn)單機(jī)輕載，節(jié)能省材的綠色制造。
3、實(shí)現(xiàn)鍛造銑全過(guò)程數(shù)字化制造，創(chuàng)立中國(guó)領(lǐng)先的超短流程綠色智能制造新模式。
4、將成為“中國(guó)制造2025”的標(biāo)桿成果，帶來(lái)從設(shè)計(jì)、材料、工藝、檢測(cè)、裝備等各種要素的變化，形成新的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)群，促進(jìn)傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型，是中國(guó)超越西方的戰(zhàn)略機(jī)遇。

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