重大突破!中国华科团队全球首创“智能微铸锻”3D打印金属技术

由华中科技大学机械学院张海鸥教授主导研发的一项金属3D打印技术“智能微铸锻”,在3D打印技术中加入锻打技术,能生产结实、耐磨的金属产品,打破了3D打印行业存在的最大障碍,有望开启人类实验室制造大型机械的新篇章。

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、能耗巨大、污染严重、浪费严重并难以制作梯度功能材料零件。

作为后起之秀的常规金属3D打印技术因能够解决传统制造业的以上弊病而受到青睐。然而,常规3D打印同样存在致命缺陷: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;三是存在气孔和未融合部分;四是大都采用激光、电子束为热源,成本高昂。因而形成了“中看不中用”无法高端应用的局面。

重大突破!中国华科团队全球首创“智能微铸锻”3D打印金属技术插图

为解决这一世界性难题,张海鸥团队经过十多年潜心攻关,研制出微铸锻同步复合设备创造性地将金属铸造、锻压技术合二为一,实现了首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创新,从而大幅提高了制件强度和韧性,提高了构件的疲劳寿命和可靠性。不仅能打印薄壁金属零件,而且能打印出大壁厚差的金属零件,省去了传统巨型锻压机的成本。

该技术以金属丝材为原料,材料利用率达到80%以上,丝材料价格成本为目前普遍使用的激光扑粉粉材的1/10左右。在热源方面,使用高效廉价的电弧为热源,成本为目前普遍使用的大多需要进口的激光器的1/10。

华中科技大学科研团队在3D打印技术中加入锻压技术,研制出一套微铸锻同步复合设备,在全球首次打印出具有锻件性能的高端金属零件。该团队22日在武汉向媒体公布上述成果。据介绍,该装备已打印出长2.2米重260公斤的高性能金属锻件和飞机用钛合金、海洋深潜器、核电用钢等金属材料,打破了3D打印行业存在的最大障碍。3D打印已成为全球新一轮科技革命和产业革命的重要推动力。然而,由于打印不出经久耐用的材质,全球3D打印行业处在“模型制造”和展示阶段。经过10多年攻关,华中科技大学数字装备与技术国家重点实验室教授张海鸥带领团队研制出微铸锻同步复合设备,获国际和国内发明专利多项。

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张海鸥介绍,该装备在3D打印过程中把金属铸造、锻压技术合二为一,实现了边铸边锻等轴细晶化,大幅提高了零件强度和韧性;在制造过程中复合铣削,降低了加工难度;通过计算机直接控制铸锻铣路径,降低了设备投资和运行成本。在零件尺寸方面,也有突破。张海鸥称,目前德国某公司掌握着世界激光选择性熔化3D打印金属零件最大尺寸的技术,不过均为一米以下的小型件。“我们(设备打印出来的尺寸)是他们(德国某公司)的4倍,还可以打印出与激光送粉成形和电子束送丝成形尺寸相当的零件。”张海鸥说。

张海鸥介绍说,该设备还可大大缩短产品周期:制造一个两吨重的大型金属铸件,过去需要3个月以上,现在仅需10天左右。生产设备功率只需50千瓦,改变了传统机械制造高能耗、重污染的生产方式。

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