华中科技大学教授张海鸥破解世界性难题3D打印飞机零件

1、华中科技大学教授张海鸥破解世界性难题3D打印飞机零件我们的技术将在先进制造领域掀起新一轮的革命。”日前，华中科技大学机械科学与工程学院教授张海鸥携其研发的智能微铸锻铳复合制造技术”，与法国空客公司 举行了技术合作签约仪式，这是法中两国在先进制造领域的一项重要合作。这位年过 60岁的老人和夫人王桂兰一起，带领团队用 14年的时间，破解了困扰金属 3D （三维） 打印的世界级技术难题，实现了我国首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创新。不仅是空客，美国通用电气公司不久前也主动上门洽谈合作。创新成果被航空业巨头 竞相追逐，表明了我国在3D打印技术上已经由 跟跑”开始进入 领跑”阶段。将金属铸造、锻压技

2、术合二为一，改变西方引领的制造模式在华中科技大学，张海鸥、王桂兰夫妇就像一段传奇。跟电弧光打交道十余年，他们 被称为 隼科居里夫妇”。其实，张海鸥的科研路颇为曲折，刚起步时，他埋头于轧钢 研究。但 邃项技术，日本已经研究得差不多了 ：导师的话如当头一棒，他懵了。考 虑再三，他于1987年东渡日本 取经”。王桂兰说，在日本工作之余，她做得最多的就是收集资料，从课程配置到最前沿的技 术，无所不有。回国的时候，资料整整打包了 31个大箱子。”十几年科研路，就是不断试错的过程。唯有创新才有未来，跟在别人后面是不会有太大出路的。” 199歼，张海鸥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

3、研究，4年后开始主攻金属3D打印。试错之后迎来创新。2016年7月，张海鸥团队创造性地将金属铸造、锻压技术合二为 一，成功制造出世界首批3D打印锻件，实现3D打印锻态等轴细晶化、高均匀致密度、 高强韧、形状复杂的金属锻件，全面提高了制件强度、韧性、疲劳寿命及可靠性，降 低设备投资和原材料成本，大幅缩短制造流程与周期，全面解决常规3D打印成本高、工时长，打印不出经久耐用材质的世界性难题。专家表示，这项技术改变了长期以来由西方引领的铸锻铳分离”的传统制造历史，将开启实验室制造大型机械的历史。攻克传统技术难题，推动金属3D打印制件进入高端应用最近几天，在华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室的

4、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。目前由智能微铸锻”打印出的高性能金属锻件，已达到2.2米长约260公斤。现有设备已打印飞机用钛合金、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出大型高可靠性能金属 锻件的增材制造技术装备。据介绍，在传统机械制造中，浇铸后的金属材料不能直接加工成高性能零部件，必须 通过锻造改造其内部结构，解决成型问题。但是对超大锻机的过度依赖，导致机械制 作投资大、成本高且制作流程长、能耗大、污染和浪费严重的问题。正因如此，金属 3D打印技术因能解决以上弊病而成为前沿性的先进制造技术。作为全球新一轮科技革 命和产业革命的重要推动

5、力，目前已经在航空航天、医疗、汽车等领域开始获得大规 模应用。常规金属3D打印存在致命缺陷：一是没有经过锻造，金属抗疲劳性严重不足；二是 制件性能不高，难免存在疏松、气孔和未熔合等缺陷；三是大都采用激光、电子束为 热源，成本高昂。所以形成了中看不中用的尴尬局面。张海鸥介绍，正因如此，全球金属3D打印行业一直处在 模型制造”和展示阶段，无法进入高端应用。2016年7月，张海鸥团队研发出微铸锻同步复合设备，并打印出全球第一批锻件：铁 路关键部件辙叉和航空发动机重要部件过渡锻。专家表示，这种新方法制件强度和塑性等性能及均匀性显著高于自由增材成形，并超过锻件水平”，将为航空航天高性能关键部件的制造提供

6、我国独创国际领先的高效率、短流程、低成本、绿色智能制造的 前瞻性技术支持。”常规3D打印金属零件的过程是打印算一层，铸造算一层，锻压又一层，三者要分开 依次进行，即前一个步骤完了，后一个步骤方可进行，中间还要腾出金属冷却的时间 张海鸥介绍，智能微铸锻技术可以同时进行上述步骤，打印完成了，铸锻也就同时完成了。我们将原先需要8万吨力才能完成的动作，降低到八万分之一，也就是不到 1吨的力 即可完成，同时一台设备完成了过去诸多大型设备才能完成的工作，绿色又高效。”他说。从跟跑爸U领跑”，为先进制造业带来深刻的技术变革张海鸥介绍，我国3D打印产业一直处于 跟跑”阶段，与发达国家相比，我国3D打印 产业大

7、多停留在科研层面。要摆脱 跟跑”的尴尬，必须创新。在他的研究方向上，处 处都体现了创新精神。当时国内外的金属3D打印主要以激光、电子束为热源，我们想降低成本，就选择了 等离子束为热源，发现效率很高。张海鸥介绍，等离子和激光做热源都是通过高能束 来熔化金属粉末，制造金属模具，但两者的发生装置和加工方式不同，等离子具有成 本低、成形率高等优点。十几年前，金属3D打印做出的制件非常粗糙，经过后期机械加工后才能当做零件使用，而要打印复杂制件，则几乎不可能实现。张海鸥带领团队反复实验，在金属3D打印中加入了铳削环节，边打印边进行机械加工，攻克了此项难题，获得国家发明专 利。选择铸锻合一的方向是更大的创新

8、。 他首次跟我提出 铸锻铳一体化 构想时，我认为 是异想天开，两人为此进行了激烈的争吵。”王桂兰说，很多时候，创新是在夫妇俩的 争吵中产生的。反复实验、不断试错之后，研究方向愈加清晰。2010年，大型飞机蒙皮热压成形模具的诞生，验证了在金属3D打印中复合锻打的可行性。铸锻一体化3D打印技术发布后，国外航空工业巨头纷纷上门洽谈合作。据介绍，美 国通用公司不久前巨资收购了德国和瑞典两家 3D打印公司，但对于许多需要锻造性 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弥补这个缺陷。北京工业大学教授陈继民认为，张海鸥发明的技术在航空航天、核电、舰船、高铁等 重点支柱领域的应用前景广阔，比如对于长寿命、高可靠性的航空发动机关键部件的 制造有显著优势。在我国研制的新型战斗机上，一种新型复杂钛合金接头的制造也已经开始和张海鸥团 队合作，用该技术打印出来的钛合金抗拉强度、屈