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圖為天昱智造公司的微鑄鍛銑復(fù)合增材設(shè)備。（企業(yè)供圖）
國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)工作辦公室日前公示了2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)受理項(xiàng)目名單。其中，“大型復(fù)雜高端零件微鑄鍛同步超短流程制造技術(shù)與裝備”，即“金屬3D打印‘微鑄鍛’”技術(shù)提名2020年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。提名意見認(rèn)為：“該重大原創(chuàng)性成果能夠有力支撐我國(guó)高端裝備自主創(chuàng)新，引領(lǐng)短流程制造技術(shù)革命和傳統(tǒng)工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)。”
由華中科技大學(xué)教授張海鷗首創(chuàng)、武漢天昱智能制造有限公司孵化的“金屬3D打印‘微鑄鍛’”技術(shù)，創(chuàng)造性地將金屬鑄造、鍛壓技術(shù)合二為一，首創(chuàng)微鑄鍛增等材同步制造方法與理論，研發(fā)出一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心競(jìng)爭(zhēng)力的微鑄鍛同步制造系列技術(shù)與裝備，攻克了大型復(fù)雜高端鍛件無(wú)法短流程制造的“卡脖子”難題。
專家組認(rèn)為，該項(xiàng)技術(shù)能夠提名國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，充分說(shuō)明了其在原創(chuàng)性、領(lǐng)先性、技術(shù)難度與成熟完備性上的巨大優(yōu)勢(shì)，以及在社會(huì)效益、發(fā)展前景等方面的巨大潛力。
為保證國(guó)防重大項(xiàng)目如期完成，張海鷗團(tuán)隊(duì)在武漢未“解封”時(shí)毅然選擇“逆行”，在金屬3D打印“微鑄鍛”裝備生產(chǎn)基地——武漢天昱智造復(fù)工復(fù)產(chǎn)了。
4月14日，工業(yè)和信息化部黨組成員、副部長(zhǎng)王江平一行走訪天昱智造，對(duì)團(tuán)隊(duì)工作給予了充分肯定。王江平表示："該技術(shù)是綠色的、性能優(yōu)異的金屬3D打印技術(shù)。希望企業(yè)堅(jiān)持落實(shí)防疫工作，為行業(yè)發(fā)展作出進(jìn)一步貢獻(xiàn)。"
在天昱智造生產(chǎn)廠房里，弧光閃爍、機(jī)器轟鳴。記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，一個(gè)個(gè)復(fù)雜金屬零件結(jié)合獨(dú)特微鑄鍛銑工藝，邊打印邊加工，猶如一件件藝術(shù)品驚艷亮相于生產(chǎn)線上。
“我們通過(guò)在線采集光、電、熱、力、聲等全方位信號(hào)數(shù)據(jù)，并通過(guò)自寫算法建模分析，完成穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與缺陷判定，實(shí)現(xiàn)邊鑄邊鍛、鑄鍛同步、形性同控，從而確保增材制造鍛件的高可靠性與穩(wěn)定性。”張海鷗團(tuán)隊(duì)博士生王湘平告訴記者，“鑄鍛銑一體化制造需要做到‘極致嚴(yán)謹(jǐn)’，弧光跳動(dòng)稍有異常甚至成形聲音不對(duì)都會(huì)對(duì)鑄鍛形性造成影響，因而不能有半點(diǎn)閃失。”
“傳統(tǒng)工藝的鑄造、鍛造、銑削是分別完成的，直到用了這臺(tái)機(jī)器，才實(shí)現(xiàn)了一體化。”張海鷗解釋說(shuō)，“我們可以把制作精密復(fù)雜零部件想象成包餃子。和面、搟皮、包餃子等各個(gè)環(huán)節(jié)都不能出問(wèn)題，不然一煮就破了。破了的餃子還能吃，但零件‘露餡’了就只能報(bào)廢。”
人們常說(shuō)，好鋼要“千錘百煉”“鍛打成才”，這是因?yàn)橹挥蟹磸?fù)鍛打，才能將鑄造金屬的強(qiáng)度、韌性、疲勞壽命提高至鍛件水平。
一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代制造業(yè)需要通過(guò)先鑄造、再鍛造、后銑削來(lái)制造高端金屬零件，這一方法存在流程長(zhǎng)、反復(fù)加熱能耗大等缺點(diǎn)，并且無(wú)法適應(yīng)材料變化新要求。
常規(guī)金屬3D打印技術(shù)同樣存在缺陷。一是沒(méi)經(jīng)過(guò)鍛造，綜合力學(xué)性能不及鍛件，尤其是韌性和疲勞性能差距較大；二是冶金質(zhì)量難以控制，易產(chǎn)生氣孔、未熔合等冶金缺陷；三是設(shè)備成本和制造成本較高，熱源多采用大功率激光或電子束，需整體密閉保護(hù)，成形空間有限，材料成本昂貴。
2015年，張海鷗團(tuán)隊(duì)研發(fā)出微鑄鍛同步復(fù)合設(shè)備，并打印出全球第一批鍛件——鐵路關(guān)鍵部件轍叉和航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要部件過(guò)渡鍛。專家表示，運(yùn)用3D打印“微鑄鍛”制造品質(zhì)和效率遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)際同類水平，其疲勞壽命超過(guò)國(guó)際航空鍛件水平，成形效率為國(guó)外頂級(jí)水平的3倍。
復(fù)工以來(lái)，3D打印微鑄鍛產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì)已拿到首個(gè)核電領(lǐng)域訂單，科研團(tuán)隊(duì)也在加緊研發(fā)涉及航空航天、艦船等領(lǐng)域的新型高端零件，包括鋁合金艙段、不銹鋼泵推葉輪、超高強(qiáng)鋼吊掛盒段底梁以及鈦合金吊掛外后接頭等。
“盡管疫情迫使我們的生產(chǎn)工作按下了幾個(gè)月的‘暫停鍵’，但科研工作一刻也沒(méi)有停。目前，我們最重要的工作是開足馬力生產(chǎn)，盡快完成年前積壓的訂單以及最近新接的訂單。”張海鷗說(shuō)。
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