中国可以说是世界上最大的工业国家,可根据资料调查显示,作为高端制造业的核心数控机床其中90%都依赖于进口,一直被美日德三国所垄断,其中日本更是大放厥词:
一旦日本封锁住大型机床,中国就连航母都造不出来,但如今你问问日本还敢说这样的话吗?
作为我国的自信来源自然就是,张海鸥教授研发的锻铣一体化金属3D打印关键技术,这是一项全球仅有中国掌握的高端设备技术,他的出现代表着中国将迈入高端制造的新时代。
那这项3D打印技术究竟厉害在什么地方?我国张海鸥教授又是如何研发出来的?我国能摆脱美日德的卡脖子吗?
3D打印与金属3D打印
首先我们要了解传统的3D打印与金属3D打印的区别是什么?
随着时代的发展,很多改变世界的技术横空出世,3D打印技术也是其中之一,但随着时间的推移,3D打印技术似乎渐渐退出了人们的视线,销声匿迹,但事实真的如此吗?
其实不然,3D打印技术其实可以以更快的速度持续着改变世界。
3D打印机其实就是一种快速成型技术的机器,通过各种材料的使用,运用数字模型文件,将材料逐层打印来实现物体的生产。
目前这一技术正被广泛应用于工业设计和模型制造等领域。
很多人认为3D打印技术是这个时代的产物,但事实却是3D打印的思想最早起源于19世纪。
3D打印技术真正得以发展和推广却是在上个世纪的80年代,多年的发展使得3D打印技术在21世纪快速普及,相应的打印机的价格也有所下降。
3D打印机其实和传统打印机最大的区别就是,将墨汁换成了实实在在的原材料,3D打印机通过计算机技术。
将实物的数字模型变成二维切片,并将其逐层打印贴合在一起,形成实物,这种逐层喷墨的技术目前已成为3D打印的主要技术。
而实物制造这种事情3D打印技术早就可以做到了,真正让其拥有改变世界的地位的其实是金属激光3D打印,这种技术的问世彻底改变了这个世界。
金属激光3D打印其实从名字上就可以看出它的工作原理,它利用激光将金属快速融化,然后利用激光的高能聚束,将金属粉末送往指定位置进行粘合,已达到逐层打印的目的。
金属激光3D打印技术也被称为增材制造技术,这种技术主要分为两种,一种是以送粉为主的激光沉积工艺,而另一种则是以扑粉为主的激光选区熔化技术。
但无论哪一种工艺,其本质上的原理都是不变的。
即利用激光为能量源,利用其高能量的特点,将金属粉末这种原材料逐层熔化,并送往指定区域进行快速凝固与沉积,以实现金属零件的制造。
金属粉末作为这种技术的原材料,在制造过程中有着极其重要的地位,金属粉末的质量会对最终成型的材料的质量产生直接影响。
但到目前为止,还并没有为这种技术生产出专门的金属粉末。
目前该技术所应用到的原材料粉末都是为原有技术所开发的,这就使得该项技术的实际使用中会形成空心颗粒,而这些颗粒往往会造成零件的空洞裂纹等缺陷。
为了克服这一技术的相关缺陷,张海鸥教授研发了智能微铸锻铣复合增材制造技术。
张海鸥教授在原有的金属3D打印技术的基础上,研发出了“智能微铸锻铣”技术。
这种技术的出现,使得3D打印技术的流程更短,负荷更轻,并且节能绿色环保,彻底改变了国内以往耗资源,重污染等问题,并且突破了3D打印技术无法锻造的世界性难题。
智能微铸锻铣复合增材制造技术
张老自创的智能微铸锻铣复合增材制造技术,可以使得内部结构复杂的器件一次性成型,免去了很多麻烦。
此项技术创造性地糅合了柔性机器人、半固态快锻和3D打印三项技术,使得金属的铸造、锻压、铣技术这三个流程合而为一,实现了3D打印技术的第二次突破。
成功实现对锻态等轴细晶化、高均匀致密度、高强韧、形状复杂的金属锻件的3D打印,使得元器件的疲劳寿命、强度、可靠性和韧性等全面提高。
传统的锻造工艺都是先将毛坯铸造出来后,进行锻压工艺成型,但是随着时间推移,进入大机械时代以后,传统的制造流程就已经不再适用了。
耗时长且污染大的弊端也逐渐显露了出来,而采用技术3D打印,可以将金属快速融化,但是由于温度的阶梯较多。
所以产生的气孔往往难以排除,容易造成元器件的断裂或者出现内部空洞,也就是说技术还存在一定缺陷。
正是因为这一系列问题的出现,才导致常规金属3D打印一直无法在高端层面应用,而一直仅仅是处在展示阶段。
面对全球性的行业不景气,张老并没有选择放弃,而是埋头苦干,寻找自己的解决方法。
在张老及其团队的不懈努力下终于研发出了智能微铸锻铣技术,这一技术的出现,使得原来的成品率从10%直接提升到了%。
不仅如此,这些产品还全部通过了X光的检测,使得性能全部合格。
像是高铁的一些关键部件,不仅需要良好的耐磨性能同时也要能够抵抗一定的冲击,单纯的3D打印显然并不能满足这一要求。
采用微锻造技术,刚好可以满足这一条件,再配合3D打印技术,便成功实现了这一目标。
这一技术的成功问世,实现了一台机器设备的超短流程智能绿色制造锻件,相比于传统的铸锻焊铣多工序分离制造模式。
依靠多个巨型锻机,流程超长且对于材料、能量等技术的重污染,成功革新了世界范围内的传统制造模式。
解决了复杂零件无法一体化制造的世界难题,使得绿色智能制造的中国模式再一次走向了世界,引领了传统制造业的转型升级。
通过智能化技术,当电弧高效低成本增材成型、半固态以及其他技术融为一体,使之整体的制造性能一体化。
这种技术的研发和发展,打破了传统制造技术零件开裂变形,容易断开,耗时巨大,成本高昂等一系列技术缺陷。
实现了核心技术的中国制造,有重大的理论意义和工程的使用价值。
为了这项足以改变世界机床领域的技术,美国更是三顾茅庐想要高价求购,却都被张海鸥教授严词拒绝,因为他明白这项科技对我国国防军事有着什么样的意义。
年8月28日,我国正式发布《中国禁止出口限制出口技术目录》,其中第二部分“限制出口部分”第八条“通用设备制造业”中的——铸锻铣一体化’金属3D打印关键技术
禁止出口,限制技术!这就是张海鸥教授的回答,也是中国的回答
铸锻铣一体化的研发之路
那像这样的国之重器,张海鸥教授又是如何研发的呢?
像这样大国重器的研发之路往往是一波三折,首先就是需要面对高性能数控机床的技术封锁。
高性能数控机床是制造大国重器绝对不可缺少的利器,但这一技术多年来一直被国外所封锁,面对国外势力的打压和制裁。
武汉的专家以国家需要为使命,在这一科研岗位上奋战了数十年,终于研制出了可以达到世界领先水平的高性能数控系统,中国的机床终于装上了“中国脑”。
这一技术的艰难孕育,再次展示了中国的强大动能,对于关键技术买不来,讨不来这一基本认知再次在国人心中形成共鸣。
12年前的一天美国政府一纸通告,将这一技术封锁了起来,从此中国开始走向了自主研发的道路。
当时的华中数控面对美国政府的制裁打压,集结了一群中国的专家,用12年,将一寸一寸的光阴浓缩,形成一行一行的代码,终于在一个轮回之后,铸就出了一颗强大的中国脑。
新一代智能数控系统的量产,宣告了中国机床数控系统进入了智能化时代,让数控系统让的核心关键技术是永远买不来,讨不来的。
无论面对多少封锁与阻碍,我们唯一能做的,便是埋头苦干,自主创新,研发出我中国的自主设备。
之后便有了张海鸥夫妇的研发之路,张海鸥夫妇同样都是东京大学的工学博士,两人博士毕业后,于是便选择了一同回国。
年,两人共同来到华中科技大学任教,并在任教期间,开始了自己的科研之路。
09年的张海鸥开始构想是否能够将金属打印技术研发到高端领域,而不再是仅仅满足于打印一个小零件或者玩具。
此时3D打印的发展已经过去了很多年,但是由于锻造环节的缺失,使得此项技术打印出来的部件都出现了不同程度的缺陷。
包括变形和断裂,产品性能的缺失使得张海鸥想要将锻造这项工艺融入到3D打印技术当中。
在此前并不是没有人进行过相关的尝试,不过前人的试验大多以失败告终,如此才不得不放弃这一想法。
但是张海鸥教授并没有放弃,不仅如此,他们夫妇二人还拿出自己多年的积蓄,投入到了科研项目的研发当中。
在研发过程中二人为了不影响研发的进度,甚至选择直接睡在了科研的实验室中,醒了就开始研发,困了便睡在实验室中。
但正是因为有了两个人无数日夜的辛苦付出,这一技术才能真正问世,并且震惊了整个世界。
被国外技术封锁的时代终于成了过去,团队20年来的研发项目终于迎来了综合绩效的评估
本次项目以张海鸥团队的“铸锻铣一体化金属3D打印技术”作为核心,并且由中钢国际工程技术股份有限公司,进行投资建立的武汉天昱智能制造有限公司为转化单位。
针对国之重器的大型关键复杂构件的制造难度高,并且存在和绿地以及成本高等技术性的难题。
天昱智造联合武汉重型集团有限公司、华中科技大学、中国科学院工程热物理研究所、武汉华中数控股份有限公司、中国航发南方工业有限公司、中国航发商用航空发动机有限责任公司等六家国内知名院校企业。
首次以微铸锻铣磨合一金属3D打印为关键技术,进行世界上第一台最大锻件微铸锻铣同步超短流程制造装备的制造。
目标是开发出智能化的集成国产数控设备以及相关的国产控制系统,使得中国在高端制造业拥有完全的自主知识产权,成功解决了卡脖子的难题,在智能制造业形成了应用示范。
随着技术研发的成功,张海鸥老先生还紧跟时代潮流,搞起了网上直播,利用互联网的新兴技术,在整个团队的共同努力下,向大家介绍这一技术的先进成果。
引起了国内外的广泛