华中科大首创“铸锻铣一体”金属3D打印技术

      昨日，在华中科技大学机械学院数字制造装备与技术国家重点实验室的实验基地，张海鸥团队正在加紧制造一批应用于航空领域的高端金属锻件。该团队经10余年潜心研发，在全球首创“铸锻铣一体”金属3D打印技术，并制造出世界首批3D打印锻件。

图为：新型金属3D打印设备

    近日，美国通用电气公司、欧洲空中客车公司等国际大牌纷纷找上门洽谈合作。而在10多年前，正是美国通用电气公司断言，3D打印不能打印出具有锻件性能的高端、优质构件。
    “我们一直认为，唯有创新才有未来，跟在别人后面是不会有太大出路的。”今年60岁的张海鸥，早年留学日本，1998年被引进到华中科技大学，致力于高效低成本无模快速制造技术研究。2002年起主攻金属3D打印，当时国内外的3D金属打印主要以激光、电子束为热源，张海鸥另辟蹊径，采用等离子束为热源，使得成本更低、效率更高。此外，当时金属3D打印做出的制件比较粗糙，无法直接当零件使用，需进行后期机械加工，遇到复杂制件更是几乎不可能实现。张海鸥带领团队反复实验，在金属3D打印中复合了铣削，边打印边进行机械加工，解决了上述难题，一举获得国家发明专利。
    在成绩面前，张海鸥和团队创新的步伐并没有停息。3D打印虽已发展近30年，但由于没有锻造环节，制件普遍存在性能及可靠性不及锻件、易产生裂缝、变形等缺陷。2009年，张海鸥开始构想让金属3D打印制件具备锻件性能，从而应用于高端领域。“很多同行在这里受阻。”张海鸥偏偏去挑战一个大家都觉得不能完成的事，希望在金属3D打印中加入锻打技术。张海鸥坚信，要想让金属削铁如泥，必须要经千锤百炼。“研发过程是痛苦的。”张海鸥说，有段时间问题不断，前面问题刚解决，新问题又冒出来，加之有个阶段国内外对3D打印并不看好。但张海鸥没有放弃，他坚信这项技术值得去研究，成功的话，对全世界3D打印行业都是件好事。他带领团队从早到晚在实验室反复实验、不断试错。2010年，大型飞机蒙皮热压成形模具的诞生，验证了张海鸥在3D打印中复合锻打的可行性。其后，该技术不断完善，打印出飞机用钛合金、高温合金、海洋深潜器、核电用钢等高端金属锻件，其性能均稳定超过传统制件。
    传统制造业是铸、锻、铣分离，每个环节依赖大型设备，流程长、能耗大、污染大。张海鸥团队自主研制的微铸锻同步复合设备，首次将铸、锻、铣一体化，同时采用高效廉价的热弧为热源，实现了低成本、高效能，为全球制造业带来颠覆性创新，获得了20多项中国和国际发明专利。 张海鸥团队另一核心成员王桂兰教授，是张海鸥的妻子，两人全身心投入这项科研中。10多年来，他们几乎天天吃学校食堂，家中厨房一年用不了几次。“在研发中难免会遇到分歧。”王桂兰说，“他首次跟我提出‘铸锻铣一体化’构想时，我认为是异想天开，两人为此进行了激烈的争吵。”但真理是唯一的，研发过程中虽经历了多次失败，王桂兰仍带领学生按照丈夫的思路反复实验，最终，团队取得了成功。