“教授夫妻”破解常規3D打印製造技術世界性難題

創造性地將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一,升級3D打印技術製造出形狀複雜的大型金屬鍛件,全麵提高製件的強度、韌性和可靠性,解決常規3D打印的世界性難題……正值新春佳節,華中科技大學數字製造裝備與技術國家重點實驗室張海鷗、王桂蘭夫婦開啟了科研新生涯。

3D製造:3D打印的“升級版”

對張海鷗和王桂蘭來說,這個春節“有點忙”。不久前他們帶領的團隊剛和歐洲空中客車公司簽署科研項目合作協議,目前正在抓緊研製一批應用於航空領域的高端金屬鍛件。

3D打印技術已發展近30年,由於沒有鍛造環節,“打印”出的製件普遍存在性能及可靠性不足、易變形等缺陷。張海鷗說,這樣的製件無法滿足大飛機、深潛器等高端裝備對金屬鍛件的要求。從2009年起,他和妻子王桂蘭便開始構想如何讓金屬3D打印製件具備鍛件性能,使之能應用於高端領域。

“很多同行在這裏受阻或認可了3D打印不能打印鍛件的論斷。”在王桂蘭眼中,丈夫張海鷗偏偏要去挑戰這樣似乎不可能完成的事——在金屬3D打印中加入鍛打技術。

正是基於這一構想,張海鷗和他的團隊變革了傳統製造模式,將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一,並在成形過程中融合銑削技術,創造出鑄鍛銑合一3D製造新模式,製造出均勻致密度高、形狀複雜的金屬鍛件,全麵提高製件強度、韌性及可靠性,解決了常規3D打印的世界性難題。

這項技術在縮短流程、降低成本、提升效率等方麵效果明顯。張海鷗告訴記者,以前需要8萬噸力才能完成的動作,現在已降低到之前八萬分之一以下的力即可完成,一台設備可以完成過去需要鑄、鍛、銑削等諸多大型設備才能完成的工作,實現了綠色、高效的製造目標,具有顯著的技術和經濟優勢。

刻苦鑽研:學生分成四班倒,教授始終在一線

成果振奮人心,但做科研的過程往往艱辛。

張海鷗說,有段時間舊問題剛解決,新問題又冒出來。加之此前國內外一度對3D打印技術並不看好,團隊幾乎得不到支持,但他和王桂蘭始終沒有放棄。

在王桂蘭眼中,丈夫就是有著一股子武漢人“不信邪”的執拗:“他堅信這項技術具有戰略價值,研發成功對全世界3D打印行業和製造業都是好事。”張海鷗帶著王桂蘭和學生從早到晚都在實驗室反複實驗、不斷試錯。

一張行軍床,困了就在實驗室裏躺一躺；屋頂漏雨、地麵滲水的實驗室,張海鷗和王桂蘭經常一待就是十幾個小時；學生們都是“四班倒”,兩位教授卻始終“在一線”。

2010年,大型飛機蒙皮熱壓成形模具的誕生,驗證了張海鷗在3D打印中複合鍛打的可行性。其後,該技術不斷完善,打印出飛機用鈦合金、高溫合金、海洋深潛器、核電用鋼等高端金屬鍛件,性能均穩定超過傳統製件。

根據空客公司和美國GE公司對飛機和航空發動機零部件的需求,張海鷗團隊將利用該項技術進行研發與打印。他告訴記者,中鋼集團意識到該技術的革命性意義,更欣然幫他們建立工程化應用研發基地,為大飛機“打印”中國零件插上了“夢的翅膀”。

“頂天立地”做學問,鍛造“創新”家風

談及這對“教授夫妻”,華中科技大學材料學院原黨委書記鄭思焰表示:“張海鷗和王桂蘭夫婦身上最大的特點,一是敬業,二是創新。”

據了解,中國工程院院長周濟也曾多次叮囑他們,“在困難中要堅持,要用頂天立地的精神做學問。”在看過他們鑄鍛銑合一3D製造新技術與新設備後,周濟表示,這項研究有利於我國在先進製造領域由“跟跑”向“領跑”跨越。

“別人做過的我們不做。”張海鷗認為,創新應該是一個科學工作者必備的素質,“唯有創新才有未來,跟在別人後麵難以走遠。”

記者采訪這對“教授夫妻”時,恰逢新春萬家團圓。張海鷗與王桂蘭也有一段因求學而分離的“異國時光”,因此“團圓”在他們眼中顯得更為珍貴。

1987年,張海鷗隻身一人東渡日本“取經”,師從日本“3D打印第一人”中川威雄教授學習和研究等離子快速精密成形模具。據王桂蘭回憶:6年,丈夫隻回來過兩次,但異國求學的付出為今日的成績奠定了基礎。“回國時,光是資料就裝了31大箱,都是為了回國服務教學與研究做準備的。”

每當春節來臨,千家萬戶貼“福”字時,張海鷗和王桂蘭卻會在家中掛出一個“新”字。這種“創新第一、敢為人先”的精神,激勵著這對“教授夫妻”勇攀科研新高峰。

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