鑄鍛銑新工藝金屬3D打印新突破

11月下旬，陜西省寶雞市鈦及鈦合金產(chǎn)業(yè)工作組，組織了寶雞鈦業(yè)協(xié)會(huì)部分骨干企業(yè)，對(duì)鈦在國內(nèi)生活等應(yīng)用領(lǐng)域的推廣使用進(jìn)行了調(diào)研。該調(diào)研組一行到訪了國家3D打印技術(shù)重點(diǎn)科研院校：武漢華中科技大學(xué)“創(chuàng)形創(chuàng)質(zhì)并行制造研究中心”科研團(tuán)隊(duì)，與該校3D打印科研專題組負(fù)責(zé)人張海鷗及團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了座談、交流。

調(diào)研了解到，該團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)近10年的時(shí)間，圍繞3D打印金屬零件成本高、金屬組織呈枝/柱狀晶型，產(chǎn)品性能跟不上傳統(tǒng)的鍛造產(chǎn)品等劣勢(shì)因素展開研究。一改金屬鋪粉、激光熔化增材的傳統(tǒng)3D打印制造方法，成功研究出用金屬絲“電弧熔化打印增材+半固態(tài)快鍛+銑削加工”為一體的“鑄鍛銑3D打印新工藝技術(shù)”。

此工藝加工的金屬零件可獲得呈等軸狀晶型的晶粒組織，性能大幅提高，克服了3D打印金屬零件無法達(dá)到高強(qiáng)韌性的缺點(diǎn)。試驗(yàn)制成的TC4樣塊，經(jīng)室溫拉伸性能測(cè)試，斷裂延伸率為14%，沖擊韌性值為59，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、沖擊韌性分別超過傳統(tǒng)鍛件的6.9%、6.8%、40%、59%。此項(xiàng)技術(shù)用電弧熔化金屬絲制造的金屬產(chǎn)品質(zhì)量等同或優(yōu)于傳統(tǒng)鍛造產(chǎn)品，突破了3D打印不能獲得鍛造組織的瓶頸，變革傳統(tǒng)鍛造大型鍛件必須依賴巨型鍛機(jī)、長(zhǎng)流程、長(zhǎng)周期，高耗能、高耗材的傳統(tǒng)制造模式。實(shí)現(xiàn)鑄鍛銑加在線檢測(cè)全過程數(shù)字化流程智能控制的新時(shí)代，整個(gè)工藝過程制造的零件成本比傳統(tǒng)3D打印技術(shù)大幅度降低。其中，使用的原料材為常規(guī)產(chǎn)品，成本比3D打印專用粉也大幅度降低，這為3D打印工藝技術(shù)的推廣使用帶來了質(zhì)的飛躍，將開創(chuàng)3D增材技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的新天地。據(jù)悉，該技術(shù)水平目前已超過日本。并于2016年9月14日被央視《朝聞天下》欄目新聞報(bào)道。

目前該科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制造的多款“鑄鍛銑”一體機(jī)已投入使用，他們打印生產(chǎn)的高鐵轍叉貝氏體鋼叉已交付使用，“鐵道轍叉貝氏體鋼自由增材成型一體機(jī)”已定型生產(chǎn)。航空大型承力多功能復(fù)雜材料零件、變向變徑變厚中空不銹鋼螺旋管，復(fù)合制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金零件，復(fù)雜的新建筑鋼構(gòu)多節(jié)點(diǎn)(11個(gè)節(jié)點(diǎn))接頭等產(chǎn)品的打印生產(chǎn)均已實(shí)現(xiàn)。

該項(xiàng)鑄鍛銑(增量/等量/減量)合一技術(shù)，有望開辟一臺(tái)設(shè)備的綠色智能制造鍛件的新的歷史。因是制造業(yè)頂層變革，將帶來包括設(shè)計(jì)、材料、工藝、檢測(cè)、控制、裝備一系列制造要素的變革，形成具有中國特色的短流程、綠色智能制造新技術(shù)群和產(chǎn)業(yè)群，改變西方制造占統(tǒng)治地位的現(xiàn)狀，促進(jìn)我國軍民企業(yè)的轉(zhuǎn)型，意義十分重大。

該項(xiàng)科研成果具有極好的實(shí)用性，此工藝技術(shù)將推動(dòng)3D打印在多個(gè)行業(yè)的使用，一改此前3D打印工藝技術(shù)對(duì)球形金屬粉末的需求。因3D打印用金屬球形粉末制取難度很大，成本極高，1kg球形鈦粉售價(jià)2000元左右，極大地制約了用球形粉3D打印制造的產(chǎn)品推廣。該調(diào)研組認(rèn)為，應(yīng)該讓更多投資3D打印專用球形粉末研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)了解到此項(xiàng)新工藝，認(rèn)識(shí)到將來3D打印使用的金屬原材料不會(huì)局限于球形粉末，要及時(shí)調(diào)整思路，謀劃好企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。