近日，國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)工作辦公室公示了2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)的受理項(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”提名2020年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。該成果由中國(guó)科學(xué)家張海鷗帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)十七年研發(fā)完成。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，這項(xiàng)原創(chuàng)的金屬3D打印技術(shù)或?qū)⒊蔀槲覈?guó)高端裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的推進(jìn)器。

國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)授予運(yùn)用科學(xué)技術(shù)知識(shí)做出產(chǎn)品、工藝、材料及其系統(tǒng)等重大技術(shù)發(fā)明的中國(guó)公民。金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)由湖北省科技廳向國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)工作辦公室提名，入圍2020年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)候選名單。提名意見(jiàn)描述，“該重大原創(chuàng)性成果，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)?！?/p>

該技術(shù)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，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地將金屬鑄造、鍛壓技術(shù)合二為一，顛覆了自古整體先鑄后鍛的認(rèn)知，首創(chuàng)微鑄鍛增等材同步制造方法與理論，發(fā)明并研發(fā)了一批具有自主知識(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)法高品質(zhì)短流程制造的"卡脖子"難題。

專家組認(rèn)為，這項(xiàng)原創(chuàng)金屬3D打印技術(shù)能夠提名國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，充分說(shuō)明，該技術(shù)在原創(chuàng)性、領(lǐng)先性、技術(shù)難度與成熟完備性的巨大優(yōu)勢(shì)，以及社會(huì)效益及發(fā)展前景的巨大潛力。

▲ 公告顯示，"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"歸屬國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)材料與冶金組（雙擊可放大查看），天昱智造首席科學(xué)家張海鷗為第一完成人

硬核科技助力團(tuán)隊(duì)拿到復(fù)工復(fù)產(chǎn)后的首個(gè)核電領(lǐng)域大單

一個(gè)月前，為保證國(guó)防重大項(xiàng)目的如期完成，張海鷗師徒在武漢未開(kāi)封時(shí)，毅然選擇逆行，親臨金屬3D打印“微鑄鍛”裝備的生產(chǎn)基地——天昱智造開(kāi)啟復(fù)工復(fù)產(chǎn)工作。4月14日，國(guó)家工業(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)在復(fù)工復(fù)產(chǎn)方面的工作給予肯定，特別對(duì)企業(yè)自主核心技術(shù)高度贊揚(yáng)。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)展做出進(jìn)一步貢獻(xiàn)。" 

在生產(chǎn)廠房里，弧光閃爍、機(jī)聲轟鳴。記者在現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)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)，并自寫算法建模分析進(jìn)行穩(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)博士生王湘平與符友恒介紹，“鑄鍛銑一體化的制造過(guò)程必須得做到極致的嚴(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。畢竟，這些高端零件都是應(yīng)用于航空航天、鐵路船舶、兵器工業(yè)等領(lǐng)域的大國(guó)重器中，絕不能有半點(diǎn)閃失！”

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。“盡管疫情讓我們按下了幾個(gè)月的暫停鍵，但我們的科研工作一刻也沒(méi)有停，現(xiàn)在全員復(fù)工后，我們加足馬力生產(chǎn)，年前積壓的訂單加上現(xiàn)在的新訂單，一年的產(chǎn)能可達(dá)到5000萬(wàn)左右。”張海鷗信心滿滿地說(shuō)。

原創(chuàng)“微鑄鍛”攻克3D打印傳統(tǒng)技術(shù)難題或?qū)⒏淖兪澜缃饘?span>3D打印格局

傳統(tǒng)機(jī)械制造中，澆鑄后的金屬材料不能直接加工成高性能零部件，必須通過(guò)鍛造改造其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，解決成型問(wèn)題。但是對(duì)超大鍛機(jī)的過(guò)度依賴，導(dǎo)致機(jī)械制作投資大、成本高且制作流程長(zhǎng)、能耗巨大、污染嚴(yán)重、浪費(fèi)嚴(yán)重并難以制作梯度功能材料零件。

常規(guī)金屬3D打印技術(shù)同樣存在致命缺陷：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；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。

因此，現(xiàn)有技術(shù)未能解決大型復(fù)雜高端鍛件高品質(zhì)短流程制造的“卡脖子”難題，無(wú)法滿足重點(diǎn)領(lǐng)域高端裝備優(yōu)質(zhì)高效低成本研制之急需。

為解決這一世界性難題，張海鷗團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十多年潛心攻關(guān)，研制出微鑄鍛同步復(fù)合設(shè)備創(chuàng)造性地將金屬鑄造、鍛壓技術(shù)合二為一，實(shí)現(xiàn)了首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創(chuàng)新。其制造品質(zhì)和效率遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)際同類水平：僅用萬(wàn)噸鍛機(jī)萬(wàn)分之一壓力，獲合金鋼12級(jí)均勻超細(xì)等軸晶，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造8級(jí)，疲勞壽命超過(guò)國(guó)際航空鍛件水平；裝備可鍛面積全球最大，成形效率為國(guó)外頂級(jí)水平的3倍，節(jié)能90%。

“金屬3D打印‘微鑄鍛’技術(shù)完全改變了傳統(tǒng)機(jī)械制造長(zhǎng)期依靠高能耗、重污染的方式，或?qū)㈤_(kāi)辟機(jī)械制造史上前所未有的綠色制造時(shí)代，使傳統(tǒng)制造的不可能成為可能?！睆埡ｚt說(shuō)?！斑@也正是我們此次申報(bào)國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)的底氣所在！”

華中大“居里夫婦”：用夸父追日的堅(jiān)韌打磨一件事

▲在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的張海鷗、王桂蘭夫婦

寶劍鋒從磨礪出，一個(gè)個(gè)硬核成果的背后是無(wú)數(shù)的汗水與無(wú)盡的堅(jiān)持。1998年，張海鷗和妻子王桂蘭在日本東京大學(xué)完成學(xué)業(yè)后回國(guó)，共同任教于華中科技大學(xué)。海鷗夫婦的家離實(shí)驗(yàn)室很近，用張海鷗的話說(shuō)就是“700米，1300步”。即便這么近，他們還是覺(jué)得耽誤時(shí)間，索性搬來(lái)一張行軍床，困了就在實(shí)驗(yàn)室里躺一躺；平時(shí)學(xué)生們都是“四班倒”，而兩位教授卻始終“在一線”。正是如此，夫婦倆被師生們親切地稱為華中大“居里夫婦”。    

“當(dāng)年與實(shí)驗(yàn)室王湘平、符友恒、唐尚勇等徒兒們，在通風(fēng)不良、雨天屋頂瀑布、地面汪汪積水的破舊廠房里，度過(guò)了數(shù)不清的日日夜夜。印象最深的是盛夏時(shí)節(jié)，炙熱的等離子弧灼烤著臉頰，眼睛刺得睜不開(kāi)、皮膚火辣辣地疼，全身奇癢、蛻皮。。。”張海鷗回憶最初的日子，感慨萬(wàn)千。陪伴他堅(jiān)持下來(lái)的，正是他的夫人王桂蘭與一屆又一屆的徒兒們。

對(duì)理想的追求，對(duì)科學(xué)的虔誠(chéng)，是張海鷗夫婦二人堅(jiān)定不移的信仰，他們的堅(jiān)韌也感染了無(wú)數(shù)的學(xué)生。一名碩士生在畢業(yè)時(shí)還專門作了一首詩(shī)——《奮斗者之歌》，將兩位導(dǎo)師比作追逐太陽(yáng)的夸父之子，這首詩(shī)正是對(duì)兩位孜孜不倦專心科研的真實(shí)寫照。

功夫不負(fù)有心人。2016年，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出全球首創(chuàng)的多自由度協(xié)同柔性變胞輕型緊湊裝備，短流程制造出優(yōu)異疲勞壽命的大型復(fù)雜鍛件，完成了內(nèi)燃機(jī)過(guò)渡段、螺旋槳、轍叉、飛機(jī)掛架、航空發(fā)動(dòng)機(jī)匣、球閥、承力鋼構(gòu)、航空電力件、航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵承力件等全系列微鑄鍛產(chǎn)品打印裝備開(kāi)發(fā)。目前，產(chǎn)品已應(yīng)用于大型飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、航天、船舶、先進(jìn)軌道交通、核電等多個(gè)大國(guó)重器的裝備制造領(lǐng)域。

▲應(yīng)用實(shí)例（部分）

▲大型鑄鍛銑復(fù)合增材設(shè)備（部分）

“中國(guó)打印”助推我國(guó)高端裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

習(xí)近平總書記指出，裝備制造業(yè)是制造業(yè)的脊梁，要加大投入、加強(qiáng)研發(fā)、加快發(fā)展，努力占領(lǐng)世界制高點(diǎn)、掌控技術(shù)話語(yǔ)權(quán)，使我國(guó)成為現(xiàn)代裝備制造業(yè)大國(guó)。以自主研發(fā)打造國(guó)之重器，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)推動(dòng)裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，可以更好地推動(dòng)實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造強(qiáng)國(guó)夢(mèng)。

當(dāng)前, 3D打印作為一項(xiàng)前沿性的先進(jìn)制造技術(shù)，已經(jīng)成為全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要推動(dòng)力，其中金屬3D打印領(lǐng)域不僅是該項(xiàng)技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，更是助力中國(guó)邁向現(xiàn)代裝備制造業(yè)大國(guó)的突破口和試金石。

    隨著第四次工業(yè)革命大幕的徐徐拉開(kāi)，張海鷗夫婦已鉚足干勁，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在踐行中國(guó)制造強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的道路上越行越遠(yuǎn)：“原創(chuàng)的金屬3D打印技術(shù)是中國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的推進(jìn)器，或?qū)⑾破鹗澜绺叨搜b備制造業(yè)的革命。我期待，不僅是中國(guó)的大飛機(jī)、大船舶能夠?qū)崿F(xiàn)‘中國(guó)打印’，其他國(guó)家的高端裝備也能刻上‘中國(guó)打印’的烙??！”