中國破解3D打印世界性難題 3D打印飛機(jī)零件全球領(lǐng)先
攻克傳統(tǒng)技術(shù)難題，推動金屬3D打印制件進(jìn)入高端應(yīng)用
最近幾天，在華中科技大學(xué)數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點實驗室的實驗基地，張海鷗團(tuán)隊正在加緊制造一批應(yīng)用于航空領(lǐng)域的高端金屬鍛件。目前由“智能微鑄鍛”打印出的高性能金屬鍛件，已達(dá)到2.2米長約260公斤?，F(xiàn)有設(shè)備已打印飛機(jī)用鈦合金、海洋深潛器、核電用鋼等8種金屬材料，是世界上唯一可以打印出大型高可靠性能金屬鍛件的增材制造技術(shù)裝備。
據(jù)介紹，在傳統(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、能耗大、污染和浪費嚴(yán)重的問題。正因如此，金屬3D打印技術(shù)因能解決以上弊病而成為前沿性的先進(jìn)制造技術(shù)。作為全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要推動力，目前已經(jīng)在航空航天、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域開始獲得大規(guī)模應(yīng)用。
“常規(guī)金屬3D打印存在致命缺陷：一是沒有經(jīng)過鍛造，金屬抗疲勞性嚴(yán)重不足；二是制件性能不高，難免存在疏松、氣孔和未熔合等缺陷；三是大都采用激光、電子束為熱源，成本高昂。所以形成了中看不中用的尷尬局面。”張海鷗介紹，正因如此，全球金屬3D打印行業(yè)一直處在“模型制造”和展示階段，無法進(jìn)入高端應(yīng)用。
2016年7月，張海鷗團(tuán)隊研發(fā)出微鑄鍛同步復(fù)合設(shè)備，并打印出全球第一批鍛件：鐵路關(guān)鍵部件轍叉和航空發(fā)動機(jī)重要部件過渡鍛。專家表示，這種新方法制件“強(qiáng)度和塑性等性能及均勻性顯著高于自由增材成形，并超過鍛件水平”，“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。”
“常規(guī)3D打印金屬零件的過程是打印算一層，鑄造算一層，鍛壓又一層，三者要分開依次進(jìn)行，即前一個步驟完了，后一個步驟方可進(jìn)行，中間還要騰出金屬冷卻的時間”。張海鷗介紹，智能微鑄鍛技術(shù)可以同時進(jìn)行上述步驟，打印完成了，鑄鍛也就同時完成了。
“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，同時一臺設(shè)備完成了過去諸多大型設(shè)備才能完成的工作，綠色又高效。”他說。
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