張海鷗：3D列印高端金屬零件

華中科技大學機械學院教授， 數位製造裝備與技術國家重點實驗室工藝方向學術帶頭人， 東京大學工學博士。 曾主持完成20多項國家自然科學基金、863計畫、國防預研等課題， 先後獲得20項國內發明專利和1項國際發明專利。

“弧光留下刺眼的烙印， 無怨， 那是冬日唯一的火種， 烤炙著漫天的雪花， 照亮著拓路者前行， 更傳承著格物致知……”這是華中科技大學碩士研究生龔巨秋， 送給導師張海鷗教授的一首詩《奮鬥者之歌》， 也是張海鷗科研生涯的生動寫照。

3月初， 記者走進華中科大機械學院數位製造裝備與技術國家重點實驗室的實驗基地，

張海鷗團隊正加緊製造一批應用於航空領域的高端金屬鍛件。 今年1月6日， 他們團隊攜大型3D鍛銑鑄技術和歐洲空中客車公司簽署了科研項目合作協定。 這意味著， 在不久的將來， 空客飛機的機翼、發動機等零部件將可能實現“中國列印”。

上世紀末， 張海鷗初到華中科技大學任教， 就邁開了創新的第一步——用等離子熔射技術製造金屬模具和金屬零件。

等離子技術並不是張海鷗的首創， 但他卻是應用等離子技術來製造金屬模具和零件第一人。 張海鷗將這一技術不斷完善、創新， 並應用到汽車模具製造、先進發動機高溫零部件製造等領域， 獲得了國內外同行的高度評價。

當時， 金屬3D列印出的製件表面比較粗糙，

無法直接當零件使用， 需進行後續機械加工。 於是， 張海鷗帶領團隊反復實驗， 在金屬3D列印中複合了銑削， 邊列印邊進行銑削加工， 成功解決了難題， 一舉獲得國家發明專利。

隨後， 張海鷗開始構想如何讓金屬3D列印製件具備鍛件性能， 使之能應用于高端領域。 很多同行對此束手無策， 而張海鷗偏偏要去挑戰這樣一個大家認為不可能完成的事。

“研發過程是艱難的。 ”張海鷗說， 有段時間問題不斷， 前面問題剛解決， 新問題又冒出來， 加之5年前國內對3D列印並不看好， 幾乎得不到支援。 但張海鷗沒有放棄， 他堅信這項技術具有戰略價值。 2010年， 大型飛機蒙皮熱壓成形模具的誕生， 驗證了張海鷗在3D列印中複合鍛打的可行性。

後來， 這種技術不斷完善， 列印出飛機用鈦合金、高溫合金、海洋深潛器、核電用鋼等高端金屬鍛件， 性能均超過傳統製件。

走進張海鷗的實驗基地， 一台長4米、高和寬均為2米的“鐵疙瘩”映入眼簾， 它是世界上首次成功列印出具有鍛件性能的高端金屬零件。 記者看到， 在填充金屬絲材後， 列印針頭來回移動， 材料從3D列印針頭中被擠出來， 物料在這一過程中被一層一層疊加成形， 同時高溫熱處理， 軋輥沿著熔積層鍛造， 最後銑削成形。

“這項技術在縮短流程、減少巨型鍛機使用， 降低成本， 提升效率方面效果顯著。 ”張海鷗介紹， 原先需要8萬噸力才能完成的動作， 現在用不到八萬分之一的力即可完成， 同時用一台設備完成了過去諸多大型設備才能完成的工作。

根據空客公司和美國通用電氣公司對飛機和航空發動機零部件的需求,張海鷗團隊將利用該項技術進行研發與列印。 他告訴記者,中鋼集團意識到該技術的革命性意義,欣然説明他們建立工程化應用研發基地,為大飛機“列印”中國零件插上了“夢的翅膀”。