湖北省科學技術(shù)獎勵由湖北省人民政府組織授予，為深入實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，建設(shè)創(chuàng)新強省，獎勵為湖北省科技事業(yè)進步、經(jīng)濟社會發(fā)展作出突出貢獻的科學技術(shù)人員和組織。此次獎勵大會以視頻會議的形式于6月12日在洪山禮堂舉行，獲獎人員在線上接受“云頒獎”。

前不久，該團隊研發(fā)的“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年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。

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(fù)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。

在湖北省技術(shù)發(fā)明獎一等獎的頒獎評語中寫道：“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(fù)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?、輕、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?！睆埡ｚt說。

金屬3D打印“微鑄鍛”實現(xiàn)首臺世界最大鍛件的3D打印裝備

高強韌高可靠鍛件的高品質(zhì)短流程綠色制造技術(shù)是各強國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略制高點。一百多年來，世界制造業(yè)一直采用鑄-鍛-熱-削多工序分步、長流程、大型鍛機、重污染模式制造鍛件，大型復(fù)雜件受限于鍛機可鍛面積，無法整體鍛造，只能分塊鍛后拼焊，可靠性降低。新興的增材制造技術(shù)（3D打印技術(shù)）有鑄無鍛，疲勞性能不及鍛件。

2000年初，張海鷗與王桂蘭夫婦二人便開始踏上金屬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?！睆埡ｚt偏偏要去挑戰(zhàn)這樣一個大家都覺得不能完成的事。

(生產(chǎn)現(xiàn)場的張海鷗、王桂蘭夫婦)

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(fù)”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(dǎo)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。”

原航空航天工業(yè)部部長林宗棠表示，這種新方法制件“將為航空航天高性能關(guān)鍵部件的制造提供我國獨創(chuàng)國際領(lǐng)先的高效率、短流程、低成本、綠色智能制造的前瞻性技術(shù)支持?！?/p>

金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)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。

艦船用螺旋槳葉的傳統(tǒng)制造技術(shù)主要有鑄造、焊接。對于制造技術(shù)而言，大型和超大型螺旋槳鑄造工藝繁瑣，鑄造流程復(fù)雜；此外，傳統(tǒng)螺旋槳多使用銅合金，由于槳葉厚度大，不僅易產(chǎn)生大噪音，而且制約推進速度。

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(fù)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)?；a(chǎn)及實際應(yīng)用階段。

王桂蘭教授介紹：“攻克了大型艦船用螺旋槳的制造難題后，我們相繼“啃下”了大型超高壓泵及高低頻重載復(fù)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。

(泵噴推進器示意圖，圖源網(wǎng)絡(luò))

船舶行業(yè)是大國崛起和綜合國力的重要標志。張海鷗介紹，近年來，中國已經(jīng)成為全球最重要的造船中心之一。作為長江經(jīng)濟帶和長江中游城市群重要省份，湖北是內(nèi)陸重要的船舶工業(yè)基地，船舶推進產(chǎn)品核心零部件市場需求巨大。 其中，對直接快速成形、縮短制造周期、高效低成本和一體化構(gòu)件的制造更是存在迫切需求。

利用金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)，完全改變了傳統(tǒng)機械制造長期依賴巨型鍛機、長流程重污染的模式，不僅破解了在復(fù)雜曲面構(gòu)建上同時進行打印增材、等材變形與銑削減材在同一裝備上集成制造的“卡脖難題”，也將過去必須由工業(yè)“大象”完成的任務(wù)，輕松交由智能化的工業(yè)“螞蟻”操作完成。

把高端制造的核心技術(shù)掌握在自己手里

2018年總書記在中科院工程院大會上強調(diào)，關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的。只有把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手中，才能從根本上保障國家經(jīng)濟安全、國防安全和其他安全。

金屬3D打印“微鑄鍛”技術(shù)破解了復(fù)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；隨著先進高端裝備研制領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芰慵?/span>新設(shè)計和新材料要求，我們還將致力于研制出更多高強韌、高疲勞壽命、輕量化零件的專用制造工藝與裝備，確保將高端制造的核心技術(shù)牢牢掌握在自己手里。”張海鷗介紹。

“面對日趨激烈、關(guān)乎國運的世界高新科技競爭，搶占制高點，布局于長遠，是我們作為當代中國科學家的時代擔當。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。這個起點鼓舞著我們繼續(xù)弘揚新時代科學家精神，只爭朝夕、不負韶華，為實現(xiàn)‘中國打印’而努力奮斗！”張海鷗鏗鏘有力地說。