中國網(wǎng)武漢6月12日訊 今天上午，湖北省科學技術(shù)獎勵大會在武漢召開。華中科技大學機械學院張海鷗教授帶領(lǐng)團隊研發(fā)的金屬微鑄鍛同步復合增材制造技術(shù)與裝備，獲得2019年度湖北省技術(shù)發(fā)明獎一等獎，張海鷗教授還在大會上發(fā)言（相關(guān)報道——應(yīng)勇：以創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展新成績譜寫湖北高質(zhì)量發(fā)展新篇章）。就在前不久，該團隊研發(fā)的“大型復雜高端零件微鑄鍛同步超短流程制造技術(shù)與裝備”提名2020年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。
獲得20余項專利，整體技術(shù)居于國際領(lǐng)先水平
金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)由張海鷗團隊潛心攻關(guān)近20年，在國際上首次實現(xiàn)了多自由度協(xié)同、組織性能優(yōu)異、質(zhì)量穩(wěn)定可靠的微鑄鍛同步復合增材制造，有力支撐了我國大型高端裝備自主創(chuàng)新，有望引領(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。
湖北省技術(shù)發(fā)明獎一等獎給張海鷗教授團隊的頒獎評語中寫道：“該技術(shù)在技術(shù)原理、工藝及裝備等方面取得突出創(chuàng)新，在國內(nèi)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(shù)居于國際領(lǐng)先水平。”
張海鷗認為，科學的重大發(fā)現(xiàn)將顯著改變?nèi)祟惖乃枷胗^念，技術(shù)的重大發(fā)明將改變?nèi)祟惖纳詈蜕a(chǎn)方式。如今，科研基礎(chǔ)條件大大改善，大力發(fā)展原創(chuàng)技術(shù)、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用正當其時。
“金屬3D打印‘微鑄鍛’顛覆了國內(nèi)外傳統(tǒng)機械制造工藝流程和裝備，有望結(jié)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(chǎn)方式變?yōu)椤疂崱⑤p、安’的美好生產(chǎn)方式。有望開辟中國領(lǐng)先于世界水平的綠色制造新時代。”張海鷗說。
曾研制首臺世界最大鍛件的3D打印裝備
2000年初，張海鷗與王桂蘭夫婦便開始踏上金屬3D打印事業(yè)的漫漫征途。2009年，張海鷗開始構(gòu)想如何讓金屬3D打印制件具備鍛件性能，使之能應(yīng)用于高端領(lǐng)域。“當時，很多同行在這里受阻或認可了3D打印不能打印鍛件的論斷。”張海鷗偏偏要去挑戰(zhàn)這樣一個大家都覺得不能完成的事。
張海鷗與和桂蘭夫婦。 資料圖
經(jīng)過無數(shù)次磨難與失敗，2016年，張海鷗團隊終于研發(fā)出首臺世界最大鍛件的3D打印裝備，該裝備突破了“鑄鍛同步、控形控性、缺陷監(jiān)測、自主修復”等難題，研制出世界最大鍛件（16m2）的3D打印短流程制造裝備，并打印出全球第一批鍛件：鐵路關(guān)鍵部件轍叉與重載超長導軌、C919承力件、超高壓耐蝕高精度異型殼體。
“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，節(jié)能高達90％。”張海鷗說，“經(jīng)過驗證，鍛件疲勞壽命超過國際航空鍛件水平，且成形效率為國外頂級水平的3倍。”
可為大型螺旋槳制造提供“中國方案”
金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)不僅在“上天”的航空航天關(guān)鍵部件制造中大有可為，在“入海”的船舶潛艇制造中同樣有用武之地。
使用金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)制造大型螺旋槳葉，將自動化焊接技術(shù)、多軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)復合，同時使用微鑄鍛技術(shù)，在微區(qū)鑄造的基礎(chǔ)上，加入微區(qū)鍛造，能夠優(yōu)化材料的綜合機械性能。經(jīng)綜合檢驗，已進入規(guī)模化生產(chǎn)及實際應(yīng)用階段。
王桂蘭教授介紹，在攻克了大型艦船用螺旋槳的制造難題后，他相繼“啃下”了大型超高壓泵及高低頻重載復雜鍛件制造的硬骨頭，為船舶和核電等提供更為強勁、穩(wěn)定的中國動力。
2016年以來，張海鷗團隊利用金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)為合作單位研制多種推進器和動載承力的關(guān)鍵部件。
金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)破解了復雜大型零件制造的“卡脖難題”，對國之重器的自主創(chuàng)新意義重大。相關(guān)產(chǎn)品已應(yīng)用于大型飛機、航空發(fā)動機、燃氣輪機、航天、船舶、先進軌道交通、核電等多個大國重器的裝備制造領(lǐng)域。
“未來隨著各種新金屬材料的出現(xiàn)，我們將進一步拓展適用增材制造的金屬材料性能數(shù)據(jù)庫。此次獲得湖北省發(fā)明獎一等獎代表了業(yè)界對我們的肯定，這是一個新的起點。”張海鷗說。
（成國煌）