2020年7月，南極熊了解到，近日，華中科技大學張海鷗團隊歷時十餘年研發的金屬3D列印「微鑄鍛」技術相繼成功應用於大型泵噴推進器槳葉、新型高爐風口等大型複雜零件及高端材料製造中，充分證明了金屬3D列印「微鑄鍛」這一原創短流程綠色製造技術的巨大市場潛力和廣泛應用前景。
（生產現場的張海鷗、王桂蘭教授夫婦）
（微鑄鍛同步製造設備）
金屬3D列印「微鑄鍛」技術破解複雜大型零件製造「卡脖難題」
金屬3D列印「微鑄鍛」技術一次性製造成功大型泵噴推進器槳葉，該槳葉選用不鏽鋼316L原材料，成型尺寸達到直徑0.6米、高度1米，總重量160千克，破解了在複雜曲面構建上同時進行列印增材、等材變形與銑削減材在同一裝備上集成製造的「卡脖難題」。
泵噴推進器主要應用於潛艇軍事、船舶重工等領域，是船舶航行的重要動力裝置。通過金屬3D列印「微鑄鍛」技術製造成功的大型泵噴推進器槳葉通過驗收與測試，製造周期相比傳統方式縮短了2/3，構件的力學性能得到了大幅度提升，製造精度差由以前的0.5mm提高到0.1mm，沒有檢測到鑄造缺陷如氣孔、裂紋等。
（泵噴推進器示意圖，圖源網絡）
「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，同時一臺設備完成了過去諸多大型設備才能完成的工作，綠色又高效。」張海鷗介紹。
生產設備功率只需50千瓦，單位時間能耗為巨型壓機的千分之二，金屬3D列印「微鑄鍛」完全改變了傳統機械製造長期依賴巨型鍛機、長流程重汙染的模式，不僅突破了現有3D列印金屬零件疲勞性能和可靠性難及鍛件的「卡脖」難題，也將過去必須由工業「大象」完成的任務，輕鬆交由智能化的工業「螞蟻」操作完成。
「金屬3D列印「微鑄鍛」不僅實現了大型泵噴推進器槳葉綠色高效的短製造流程，還顯著提高了材料的疲勞壽命和可靠性，為船舶航行提供更為強勁、穩定的「中國動力」張海鷗介紹。
(張海鷗團隊研發人員進行設備調試）
金屬3D列印「微鑄鍛」技術是高端材料製造升級「殺手鐧」
金屬3D列印「微鑄鍛」技術還在近日由中國寶武武鋼集團有限公司（簡稱「武鋼」）成功應用於高爐風口製造，經檢驗,該新型高爐風口耐磨性大幅提高，抗熱震性能遠優於傳統等離子噴塗工藝，風口使用壽命較傳統方法提高5倍以上，產生了重大經濟效益。
（高爐風口強化前後形貌對比）
武鋼副總經理、原煉鐵廠廠長陸隆文介紹，因為新型梯度功能複合材料「高爐風口」的使用壽命長，大大減少了停爐更換風口的時間，有效提高了設備利用率和生產效率，經濟效益顯著。經初步估算，使用壽命較傳統產品提高5倍以上，節約的風口購置成本及更換導致的停爐效益共計約3027萬元。
高強韌高可靠鍛件是高端裝備在惡劣工況下順利運行的根本保證，其高品質短流程綠色製造技術是各強國可持續發展的戰略制高點。在航天航空領域，高端零件的工況同樣十分惡劣，需要極高的耐腐蝕性和耐熱性，這與高爐風口的工況有一定類似性。
「高爐風口的成功驗證了「微鑄鍛」技術製造的零件完全可以滿足這些要求。包括航天航空在內這樣的「尖板眼」製造領域，金屬3D列印「微鑄鍛」技術同樣可以大派用場。」
張海鷗介紹，該技術不僅舉重若輕地實現了短流程綠色製造，還大幅提高了製件的強度和韌性，提高了構件的疲勞壽命和可靠性，可實現梯度材料、高溫合金及超高強度鋼等難成形材料的高品質製造，廣泛應用於航空航天、能源、艦船等領域的高強韌可靠性鍛件製造，接受各種極端環境的嚴苛考驗。
金屬3D列印「微鑄鍛」喜獲湖北省技術發明獎一等獎
今年6月，金屬微鑄鍛同步複合增材製造技術與裝備獲得2019年度湖北省技術發明獎一等獎。在湖北省技術發明獎一等獎的頒獎評語中寫道：「該技術在技術原理、工藝及裝備等方面取得突出創新，在國內外首次研製成功微鑄鍛合一裝備，獲得20餘項專利等多項創新性成果，整體技術居於國際領先水平。」
（張老海鷗教授接受電視臺採訪）
張海鷗認為，科學的重大發現將顯著改變人類的思想觀念，技術的重大發明將改變人類的生活和生產方式。如今，科研基礎條件大大改善，大力發展原創技術、實現產業化應用正當其時。
「金屬3D列印『微鑄鍛』顛覆了國內外傳統機械製造工藝流程和裝備，有望結束傳統重工業製造方式，破解了複雜大型零件製造的『卡脖難題』，將『髒、重、險』的傳統工業生產方式變為『潔、輕、安』的美好生產方式。有望開闢中國領先於世界水平的綠色製造新時代。」張海鷗說。
小科普：常規金屬3D列印存在「卡脖」問題：一是沒有經過鍛造，金屬抗疲勞性嚴重不足；二是製件性能不高，難免存在疏鬆、氣孔和未熔合等缺陷；三是大都採用雷射、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。 正因如此，全球金屬3D列印儘管在中小尺寸零部件製造中存在優勢，但在大尺寸零件製造上無法和大型鍛壓機相比，因此無法進入大型複雜零件的高端應用。
針對金屬3D列印中的世界性難題，張海鷗教授帶領研究團隊潛心攻關，經過二十年不懈努力，發明了「智能微鑄鍛」3D列印技術，創造性地將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，實現了首超西方的邊鑄邊鍛的顛覆性原始創新。
張海鷗介紹，目前，國際前沿的金屬3D列印過程是列印算一步，這一層列印完後，連續冷鍛軋制算一步，二步要分開依次進行，即前一個步驟完了，後一個步驟方可進行，中間還要騰出金屬冷卻的時間。
智能微鑄鍛技術可以同步進行上述步驟，列印完成了，鑄鍛也就同時完成了，熔積效率是前者的3倍。
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