張海鷗教授研發(fā)的“微鑄鍛”金屬3D打印獲再突破性進展

據(jù)南極熊了解，近日，由該團隊歷時十余年研發(fā)的金屬3D打印“微鑄鍛”技術相繼成功應用于大型泵噴推進器槳葉、新型高爐風口等大型復雜零件及高端材料制造中，充分證明了金屬3D打印“微鑄鍛”這一原創(chuàng)短流程綠色制造技術的巨大市場潛力和廣泛應用前景。

（生產現(xiàn)場的張海鷗、王桂蘭教授夫婦）

（微鑄鍛同步制造設備）

金屬3D打印“微鑄鍛”技術破解復雜大型零件制造“卡脖難題”
金屬3D打印“微鑄鍛”技術一次性制造成功大型泵噴推進器槳葉，該槳葉選用不銹鋼316L原材料，成型尺寸達到直徑0.6米、高度1米，總重量160千克，破解了在復雜曲面構建上同時進行打印增材、等材變形與銑削減材在同一裝備上集成制造的“卡脖難題”。

泵噴推進器主要應用于潛艇軍事、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”技術制造成功的大型泵噴推進器槳葉通過驗收與測試，制造周期相比傳統(tǒng)方式縮短了2/3，構件的力學性能得到了大幅度提升，制造精度差由以前的0.5mm提高到0.1mm，沒有檢測到鑄造缺陷如氣孔、裂紋等。

（泵噴推進器示意圖，圖源網絡）

“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，同時一臺設備完成了過去諸多大型設備才能完成的工作，綠色又高效�！睆埡ｚt介紹。

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，金屬3D打印“微鑄鍛”完全改變了傳統(tǒng)機械制造長期依賴巨型鍛機、長流程重污染的模式，不僅突破了現(xiàn)有3D打印金屬零件疲勞性能和可靠性難及鍛件的“卡脖”難題，也將過去必須由工業(yè)“大象”完成的任務，輕松交由智能化的工業(yè)“螞蟻”操作完成。
“金屬3D打印“微鑄鍛”不僅實現(xiàn)了大型泵噴推進器槳葉綠色高效的短制造流程，還顯著提高了材料的疲勞壽命和可靠性，為船舶航行提供更為強勁、穩(wěn)定的“中國動力”張海鷗介紹。

(張海鷗團隊研發(fā)人員進行設備調試）

金屬3D打印“微鑄鍛”技術是高端材料制造升級“殺手锏”
金屬3D打印“微鑄鍛”技術還在近日由中國寶武武鋼集團有限公司（簡稱“武鋼”）成功應用于高爐風口制造，經檢驗,該新型高爐風口耐磨性大幅提高，抗熱震性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)等離子噴涂工藝，風口使用壽命較傳統(tǒng)方法提高5倍以上，產生了重大經濟效益。

（高爐風口強化前后形貌對比）

武鋼副總經理、原煉鐵廠廠長陸隆文介紹，因為新型梯度功能復合材料“高爐風口”的使用壽命長，大大減少了停爐更換風口的時間，有效提高了設備利用率和生產效率，經濟效益顯著。經初步估算，使用壽命較傳統(tǒng)產品提高5倍以上，節(jié)約的風口購置成本及更換導致的停爐效益共計約3027萬元。

高強韌高可靠鍛件是高端裝備在惡劣工況下順利運行的根本保證，其高品質短流程綠色制造技術是各強國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略制高點。在航天航空領域，高端零件的工況同樣十分惡劣，需要極高的耐腐蝕性和耐熱性，這與高爐風口的工況有一定類似性。

“高爐風口的成功驗證了“微鑄鍛”技術制造的零件完全可以滿足這些要求。包括航天航空在內這樣的“尖板眼”制造領域，金屬3D打印“微鑄鍛”技術同樣可以大派用場�！�

張海鷗介紹，該技術不僅舉重若輕地實現(xiàn)了短流程綠色制造，還大幅提高了制件的強度和韌性，提高了構件的疲勞壽命和可靠性，可實現(xiàn)梯度材料、高溫合金及超高強度鋼等難成形材料的高品質制造，廣泛應用于航空航天、能源、艦船等領域的高強韌可靠性鍛件制造，接受各種極端環(huán)境的嚴苛考驗。

金屬3D打印“微鑄鍛”喜獲湖北省技術發(fā)明獎一等獎
今年6月，金屬微鑄鍛同步復合增材制造技術與裝備獲得2019年度湖北省技術發(fā)明獎一等獎。在湖北省技術發(fā)明獎一等獎的頒獎評語中寫道：“該技術在技術原理、工藝及裝備等方面取得突出創(chuàng)新，在國內外首次研制成功微鑄鍛合一裝備，獲得20余項專利等多項創(chuàng)新性成果，整體技術居于國際領先水平�！�

（張老海鷗教授接受電視臺采訪）

張海鷗認為，科學的重大發(fā)現(xiàn)將顯著改變人類的思想觀念，技術的重大發(fā)明將改變人類的生活和生產方式。如今，科研基礎條件大大改善，大力發(fā)展原創(chuàng)技術、實現(xiàn)產業(yè)化應用正當其時。

“金屬3D打印‘微鑄鍛’顛覆了國內外傳統(tǒng)機械制造工藝流程和裝備，有望結束傳統(tǒng)重工業(yè)制造方式，破解了復雜大型零件制造的‘卡脖難題’，將‘臟、重、險’的傳統(tǒng)工業(yè)生產方式變?yōu)椤疂崱⑤p、安’的美好生產方式。有望開辟中國領先于世界水平的綠色制造新時代�！睆埡ｚt說。

小科普：常規(guī)金屬3D打印存在“卡脖”問題：一是沒有經過鍛造，金屬抗疲勞性嚴重不足；二是制件性能不高，難免存在疏松、氣孔和未熔合等缺陷；三是大都采用激光、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。  正因如此，全球金屬3D打印盡管在中小尺寸零部件制造中存在優(yōu)勢，但在大尺寸零件制造上無法和大型鍛壓機相比，因此無法進入大型復雜零件的高端應用。

針對金屬3D打印中的世界性難題，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(fā)明了“智能微鑄鍛”3D打印技術，創(chuàng)造性地將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，實現(xiàn)了首超西方的邊鑄邊鍛的顛覆性原始創(chuàng)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，這一層打印完后，連續(xù)冷鍛軋制算一步，二步要分開依次進行，即前一個步驟完了，后一個步驟方可進行，中間還要騰出金屬冷卻的時間。

智能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。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，同時一臺設備完成了過去諸多大型設備才能完成的工作，綠色又高效。