8月28日，商務(wù)部、科技部調(diào)整發(fā)布《中國(guó)禁止出口限制出口技術(shù)目錄》,鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)首次被列入目錄。

其中，第二部分“限制出口部分”第八條“通用設(shè)備制造業(yè)”寫到:「新增“3D打印技術(shù)（編號(hào)：183506X），控制要點(diǎn)：‘鑄鍛銑一體化’金屬3D打印關(guān)鍵技術(shù)”。」

鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)首創(chuàng)了“鑄鍛同步、控形控性、缺陷檢測(cè)、自主修復(fù)”多功能集成系列裝備，實(shí)現(xiàn)1臺(tái)設(shè)備超短流程制造大型復(fù)雜鍛件的重大創(chuàng)新。

該技術(shù)由華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院教授張海鷗首創(chuàng)，歷時(shí)近二十年，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，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)雜高端鍛件無法高品質(zhì)短流程制造的"卡脖子"難題。

01  用夸父追日的堅(jiān)韌打磨一件事

寶劍鋒從磨礪出，一個(gè)個(gè)硬核成果的背后是無數(shù)的汗水與無盡的堅(jiān)持。

張海鷗，華中科技大學(xué)教授，數(shù)字制造裝備與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工藝方向?qū)W術(shù)帶頭人，東京大學(xué)工學(xué)博士，曾主持完成20多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、863計(jì)劃、國(guó)防預(yù)研等課題，先后獲20項(xiàng)國(guó)內(nèi)發(fā)明專利和1項(xiàng)國(guó)際發(fā)明專利。

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，用張海鷗的話說就是“700米，1300步”。即便這么近，他們還是覺得耽誤時(shí)間，索性搬來一張行軍床，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科“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、皮膚火辣辣地疼，全身奇癢、蛻皮?！?/span>

張海鷗回憶最初的日子，感慨萬千。陪伴他堅(jiān)持下來的，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——《奮斗者之歌》，將兩位導(dǎo)師比作追逐太陽的夸父之子，這首詩正是對(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。

02 開辟前所未有的綠色制造時(shí)代

鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)首次被列入限制出口技術(shù)目錄，主要有兩方面原因。一方面是技術(shù)的獨(dú)創(chuàng)性、先進(jìn)性，可實(shí)現(xiàn)“更快打印”、“更優(yōu)打印”；另一方面，這項(xiàng)技術(shù)將是破解中國(guó)高端裝備制造“卡脖”難題關(guān)鍵，尤其是高端武器裝備制造，助力中國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。

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，必須通過鍛造改造其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，解決成型問題。但是對(duì)超大鍛機(jī)的過度依賴，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：一是沒經(jīng)過鍛造，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。

▲張海鷗團(tuán)隊(duì)研發(fā)人員進(jìn)行設(shè)備調(diào)試

為解決這一世界性難題，張海鷗團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十多年潛心攻關(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：僅用萬噸鍛機(jī)萬分之一壓力，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_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。

03  硬核科技拿下復(fù)工后首個(gè)核電大單

疫情期間，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解封時(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——武漢天昱智造基地開啟復(fù)工復(fù)產(chǎn)工作。

在生產(chǎn)廠房里，弧光閃爍、機(jī)聲轟鳴，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！”

▲大型鑄鍛銑復(fù)合增材設(shè)備（部分）

復(fù)工以來，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5000萬左右。”張海鷗信心滿滿地說。

04  “微鑄鍛”提名國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)

今年6月，金屬微鑄鍛同步復(fù)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(jiǎng)一等獎(jiǎng)。頒獎(jiǎng)評(píng)語中這樣寫道：“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(guó)內(nèi)外首次研制成功微鑄鍛合一裝備，獲得20余項(xiàng)專利等多項(xiàng)創(chuàng)新性成果，整體技術(shù)居于國(guó)際領(lǐng)先水平?！?/span>