在传统机械制造中，浇铸后的金属材料不能直接加工成高性能零部件，必须通过锻造改造其内部结构，解决成型问题。但是对超大锻机的过度依赖，导致机械制作投资大、成本高且制作流程长、能耗大、污染和浪费严重的问题。金属3D打印技术因能解决以上弊病而成为前沿性的先进制造技术。作为全球新一轮科技革命和产业革命的重要推动力，目前已经在航空航天、医疗、汽车等领域开始获得大规模应用。
但常规金属3D打印存在致命缺陷：
一是没有经过锻造，金属抗疲劳性严重不足；
二是制件性能不高，难免存在疏松、气孔和未熔合等缺陷；
三是大都采用激光、电子束为热源，成本高昂。所以形成了中看不中用的尴尬局面。正因如此，全球金属3D打印行业一直处在“模型制造”和展示阶段，无法进入高端应用。
近日，华中科技大学张海鸥教授破解了困扰金属3D（三维）打印的世界级技术难题，其研发的“智能微铸锻铣复合制造技术”实现了我国首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创新，并与法国空客公司举行了技术合作签约仪式。
张海鸥表示：“我们的技术将在先进制造领域掀起新一轮的革命。”不仅是空客，美国通用电气公司不久前也主动上门洽谈合作。创新成果被航空业巨头竞相追逐，表明了我国在3D打印技术上已经由“跟跑”开始进入“领跑”阶段。
将金属铸造、锻压技术合二为一，改变西方引领的制造模式
2002年，张海鸥开始主攻金属3D打印，14年之后，2016年7月，张海鸥团队创造性地将金属铸造、锻压技术合二为一，成功制造出世界首批3D打印锻件，实现3D打印锻态等轴细晶化、高均匀致密度、高强韧、形状复杂的金属锻件，全面提高了制件强度、韧性、疲劳寿命及可靠性，降低设备投资和原材料成本，大幅缩短制造流程与周期，全面解决常规3D打印成本高、工时长，打印不出经久耐用材质的世界性难题。
专家表示，这项技术改变了长期以来由西方引领的“铸锻铣分离”的传统制造历史，将开启实验室制造大型机械的历史。
攻克传统技术难题，推动金属3D打印制件进入高端应用
目前由“智能微铸锻”打印出的高性能金属锻件，已达到2.2米长约260公斤。现有设备已打印飞机用钛合金、海洋深潜器、核电用钢等8种金属材料，是世界上唯一可以打印出大型高可靠性能金属锻件的增材制造技术装备。
常规3D打印金属零件的过程是打印算一层，铸造算一层，锻压又一层，三者要分开依次进行，即前一个步骤完了，后一个步骤方可进行，中间还要腾出金属冷却的时间”。张海鸥介绍，智能微铸锻技术可以同时进行上述步骤，打印完成了，铸锻也就同时完成了。
这种新方法制件强度和塑性等性能及均匀性显著高于自由增材成形，并超过锻件水平，将为航空航天高性能关键部件的制造提供我国独创国际领先的高效率、短流程、低成本、绿色智能制造的前瞻性技术支持。
从“跟跑”到“领跑”，为先进制造业带来深刻的技术变革
张海鸥介绍，我国3D打印产业一直处于“跟跑”阶段，与发达国家相比，我国3D打印产业大多停留在科研层面。要摆脱“跟跑”的尴尬，必须创新。
十几年前，金属3D打印做出的制件非常粗糙，经过后期机械加工后才能当做零件使用，而要打印复杂制件，则几乎不可能实现。张海鸥带领团队反复实验，在金属3D打印中加入了铣削环节，边打印边进行机械加工，攻克了此项难题，获得国家发明专利。
在我国研制的新型战斗机上，一种新型复杂钛合金接头的制造已经开始和张海鸥团队合作，用该技术打印出来的钛合金抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性均超过传统锻件。
目前，该技术正在西航动力公司、西安飞机制造公司等新产品开发中应用，已经试制了高温合金双扭叶轮、铝硅合金热压泵体、发动机过渡段等零件，以及大型飞机蒙皮热压成形双曲面模具、轿车翼子板冲压成形FGM模具等，应用前景广阔。
资料来源于科学网。
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