华科“居里夫妇”首创金属3D打印技术

2016年7月29日 | 机械电子研究网  http://jxdz.chinairn.com |打印】 【关闭

中研普华报道

居里夫妇志趣相投、献身科研的故事为人熟知,他们因放射性研究共同获得诺贝尔奖,更是科学界的一段佳话。而在华中科技大学也有这么一对夫妻教授,他们18年来从事着同样的研究——铸锻铣一体化3D金属打印,并成功制造出世界首批3D打印锻件,昨日在汉召开该成果发布会。

据了解,这一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,获20多项中国和国际发明专利。该成果目前已用于制造我国新型战机挂件、高铁辙叉等多项支柱产业领域及大型先进尖端武器装备领域。

 

有趣的“包饺子”理论

60岁的张海鸥教授来自华中科技大学机械学院,53岁的王桂兰教授来自该校材料学院。昨日,记者获准探访两位教授的实验基地,看到了这项融合了3D打印、半固态锻造、机器人3项技术的最新成果,并了解了他们科研背后的故事。

进入实验基地,一台长4米、高和宽均为2米的“铁疙瘩”映入眼帘,它可是世界上首次成功打印出具有锻件性能的高端金属零件。在填充金属丝材后,打印针头来回移动,材料从3D打印针头中被挤出来,物料在过程中被一层一层叠加成型,同时进行高温热处理,轧辊沿着熔积方向对熔积层进行锻造,最后铣削成型。“传统工艺铸造、锻造、铣削是分离进行的,但在这台机器上实现了一体化。”张海鸥教授解释说,如果把制作一个精密复杂零部件想成包饺子,那么就需要和面、擀皮、配馅等环节,如果其中一个环节不到位,下锅后可能就露馅,现在这些工序合在一起,皮馅结合紧致,就不会露馅。“露馅的饺子还能吃,但零件‘露馅’就会疏松,只能报废。”

更难能可贵的是,这种技术以高效廉价的电弧为热源,以低成本的金属丝材为原料,材料利用率为80%以上,传统工艺的材料利用率仅为5%。且无需大型铸锻铣设备和模具,通过计算机直接控制铸锻铣路径,大大降低了设备投资和运行成本。

 

夫妻“吵架”吵出高科技

记者了解到,这项技术带来两个历史性重大突破:一是将改变长期以来由西方引领世界的“铸锻铣分离”的传统制造历史,二是在世界上首次铸锻铣一体化3D打印出高性能锻件,有望开启人类在一台设备上绿色制造高端金属锻件的新的历史。
  但不为人知的是,这项技术居然是这对教授夫妇“吵架”吵出来的。王桂兰教授说,2008年,张海鸥首次向她提出“铸锻铣一体化”构想,她认为这是异想天开,两人还吵了一架。张海鸥教授笑着说:“这不怪她,谁叫铸、锻、铣分离技术存在了上千年,要改变谈何容易?”不过吵归吵,张海鸥的设想打开了王桂兰的思路,她最后还是带着10多个学生进行实验,“当时想着要是行不通,也至少可以让他死心。”王桂兰说。

研发过程失败了很多次,他们也吵了很多次。“每次失败他都会挨我一顿抨击。”王桂兰笑着说,“但我又会不自觉按他的思路继续试,错了就继续吵,吵完再接着干。”夫妇俩夜以继日地进行研发,全身心地投入到实验中,18年来几乎天天吃食堂,家里厨房一年用不了几次。2010年,西飞大型飞机蒙皮热压成形模具的诞生,验证了“铸锻铣三合一”的可行性,实现了首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创新,成功实现铸锻铣一体化。

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