全球唯一鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機(jī)床，為何美企三次求購都被拒？

3D打印(3DP)即快速成型技術(shù)的一種，又稱增材制造 [1] ，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

眾所周知，高檔數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，高度集成于一體的數(shù)控單元，操作面板，機(jī)床操作面板和輸入輸出單元機(jī)床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機(jī)床匹配更快速、更容易簡(jiǎn)單而友好的編程界面，保證了生產(chǎn)的快速運(yùn)行，優(yōu)化了機(jī)床的使用。

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，英文名稱為(Numerical Control System)，根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過利用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和開關(guān)量。

高檔數(shù)控機(jī)床是“工業(yè)之母”，與一個(gè)國家的制造業(yè)發(fā)展緊密相關(guān)。目前，我國高檔數(shù)控機(jī)床正被外資壟斷，到2018年，在這一領(lǐng)域的國產(chǎn)化率僅為6%。經(jīng)過不斷探索，我國在部分頂尖高檔數(shù)控機(jī)床上，實(shí)現(xiàn)了全球領(lǐng)先。

目前，我國目前是全球唯一擁有鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機(jī)床及技術(shù)的國家。這項(xiàng)獨(dú)一無二的技術(shù)由華中科技大學(xué)張海鷗教授帶頭研發(fā)而成，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

為了攻克這一難題，張海鷗及其團(tuán)隊(duì)努力了11年的時(shí)間。張海鷗團(tuán)隊(duì)另一核心成員王桂蘭教授，是張海鷗的妻子，兩人全身心投入這項(xiàng)科研中。

“我們一直認(rèn)為，唯有創(chuàng)新才有未來，跟在別人后面是不會(huì)有太大出路的?！苯衲?0歲的張海鷗，早年留學(xué)日本，1998年被引進(jìn)到華中科技大學(xué)，致力于高效低成本無模快速制造技術(shù)研究。2002年起主攻金屬3D打印，當(dāng)時(shí)國內(nèi)外的3D金屬打印主要以激光、電子束為熱源，張海鷗另辟蹊徑，采用等離子束為熱源，使得成本更低、效率更高。張海鷗帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，在金屬3D打印中復(fù)合了銑削，邊打印邊進(jìn)行機(jī)械加工，解決了上述難題，一舉獲得國家發(fā)明專利。

華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院張海鷗團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的 “高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)進(jìn)入驗(yàn)收階段。團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界首臺(tái)鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機(jī)床,實(shí)現(xiàn)了連續(xù)鑄鍛同步工藝，被《中國制造 2025》列入“加快突破的戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域”。

微鑄鍛銑復(fù)合增材制造技術(shù)被重點(diǎn)服務(wù)于航空航天、核電工業(yè)、船舶海工、高速鐵路等支柱產(chǎn)業(yè)。目前基于鑄鍛銑一體化金屬3D打印關(guān)鍵技術(shù)，張海鷗團(tuán)隊(duì)已經(jīng)可以成功打印出時(shí)速600公里及以上磁浮列車懸浮架關(guān)鍵支撐部件。

2019年2月，武漢天昱智能制造有限公司、武漢重型集團(tuán)有限公司、華中數(shù)控股份有限公司等單位共同申報(bào)了 2019 年度“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)?；谠搶ｍ?xiàng)，張海鷗團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地采用微鑄、微鍛、銑、磨在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上同工位集成，促進(jìn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、不受制于人的國產(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備和數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2020年4月14日，湖北省機(jī)械工程學(xué)會(huì)召開了由華中科技大學(xué)完成的“金屬鍛件微鑄鍛原位復(fù)合增材制造技術(shù)與裝備”科技成果鑒定會(huì)。經(jīng)質(zhì)詢和討論，鑒定委員會(huì)認(rèn)為:該項(xiàng)目整體技術(shù)居于國際領(lǐng)先水平。

近年來，團(tuán)隊(duì)相繼成功打印出大型飛機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫合金機(jī)匣、鋁合金機(jī)匣、鈦合金葉輪等高端裝備構(gòu)件。提升了相關(guān)領(lǐng)域?qū)a(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備的信賴程度，促進(jìn)了我國大型先進(jìn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)自主研制的跨越式發(fā)展，有望成為航空制造領(lǐng)域早日全面實(shí)現(xiàn)“中國心”的破題之術(shù)。

由于缺少鍛造環(huán)節(jié)，3D打印雖然發(fā)展已有幾十年，但性能、可靠性還都很遜色，在高端制件領(lǐng)域根本無法使用。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，鑄鍛銑一體化3D打印數(shù)控機(jī)床將大展身手，為提升國產(chǎn)飛機(jī)自主化程度而努力。

我國這一設(shè)備的突破，引起了全世界的關(guān)注。美國飛機(jī)制造商曾三次出高價(jià)向張海鷗求購這一技術(shù)，但均被他斷然拒絕。

“鑄鍛銑一體化金屬3D打印”技術(shù)所特有的組織通體細(xì)晶和基體高強(qiáng)韌等優(yōu)勢(shì)，可為未來超高速、長(zhǎng)壽命地面交通裝備制造提供全新方案，是關(guān)系到基礎(chǔ)制造產(chǎn)業(yè)安全與國家戰(zhàn)略安全。因此商務(wù)部、科技部調(diào)整發(fā)布《中國禁止出口限制出口技術(shù)目錄》，鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)被列入限制出口目錄。

如此重要的技術(shù)，中國人自然要牢牢掌握在自己的手中。當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)鑄鍛銑一體化3D打印技術(shù)全面應(yīng)用，是張海鷗、王桂蘭夫婦如今最大的愿望。

即使在全球一體化的今天，歐美等西方國家和日本仍對(duì)中國實(shí)行關(guān)鍵設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)出口限制和監(jiān)督使用，并且越發(fā)嚴(yán)格。振興民族產(chǎn)業(yè)，提升國產(chǎn)數(shù)控復(fù)合制造裝備整體競(jìng)爭(zhēng)力勢(shì)在必行。

張海鷗透露，自從發(fā)明技術(shù)被列入出口限制后，想跟團(tuán)隊(duì)合力進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用推廣的國內(nèi)投資人也多了起來。“畢竟，這是國外沒有的中國原創(chuàng)發(fā)明。我們也迫切希望能夠有更多的中國人參與進(jìn)來，一起把鑄鍛銑金屬3D打印技術(shù)推向大范圍的應(yīng)用，讓中國在突破復(fù)雜大型零件制造的核心難題方面，從先進(jìn)到領(lǐng)先，并能保持持續(xù)領(lǐng)先?！?

作為國外沒有的中國原創(chuàng)發(fā)明，需要更多的中國人參與進(jìn)來，云展聯(lián)盟與各企業(yè)攜手共同把鑄鍛銑金屬3D打印技術(shù)推向大范圍的應(yīng)用，讓中國在突破復(fù)雜大型零件制造的核心難題方面，從先進(jìn)到領(lǐng)先，并能保持持續(xù)領(lǐng)先。