創(chuàng)造性地將金屬鑄造、鍛壓技術(shù)合二為一,升級(jí)3D打印技術(shù)制造出形狀復(fù)雜的大型金屬鍛件,全面提高制件的強(qiáng)度、韌性和可靠性,解決常規(guī)3D打印的世界性難題……正值新春佳節(jié),華中科技大學(xué)數(shù)字制造裝備與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張海鷗、王桂蘭夫婦開啟了科研新生涯。
3D制造:3D打印的“升級(jí)版”
對(duì)張海鷗和王桂蘭來說,這個(gè)春節(jié)“有點(diǎn)忙”。不久前他們帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)剛和歐洲空中客車公司簽署科研項(xiàng)目合作協(xié)議,目前正在抓緊研制一批應(yīng)用于航空領(lǐng)域的高端金屬鍛件。
3D打印技術(shù)已發(fā)展近30年,由于沒有鍛造環(huán)節(jié),“打印”出的制件普遍存在性能及可靠性不足、易變形等缺陷。張海鷗說,這樣的制件無法滿足大飛機(jī)、深潛器等高端裝備對(duì)金屬鍛件的要求。從2009年起,他和妻子王桂蘭便開始構(gòu)想如何讓金屬3D打印制件具備鍛件性能,使之能應(yīng)用于高端領(lǐng)域。
“很多同行在這里受阻或認(rèn)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(zhàn)這樣似乎不可能完成的事——在金屬3D打印中加入鍛打技術(shù)。
正是基于這一構(gòu)想,張海鷗和他的團(tuán)隊(duì)變革了傳統(tǒng)制造模式,將金屬鑄造、鍛壓技術(shù)合二為一,并在成形過程中融合銑削技術(shù),創(chuàng)造出鑄鍛銑合一3D制造新模式,制造出均勻致密度高、形狀復(fù)雜的金屬鍛件,全面提高制件強(qiáng)度、韌性及可靠性,解決了常規(guī)3D打印的世界性難題。
這項(xiàng)技術(shù)在縮短流程、降低成本、提升效率等方面效果明顯。張海鷗告訴記者,以前需要8萬噸力才能完成的動(dòng)作,現(xiàn)在已降低到之前八萬分之一以下的力即可完成,一臺(tái)設(shè)備可以完成過去需要鑄、鍛、銑削等諸多大型設(shè)備才能完成的工作,實(shí)現(xiàn)了綠色、高效的制造目標(biāo),具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
刻苦鉆研:學(xué)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(shí)間舊問題剛解決,新問題又冒出來。加之此前國(guó)內(nèi)外一度對(duì)3D打印技術(shù)并不看好,團(tuán)隊(duì)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(zhí)拗:“他堅(jiān)信這項(xiàng)技術(shù)具有戰(zhàn)略價(jià)值,研發(fā)成功對(duì)全世界3D打印行業(yè)和制造業(yè)都是好事。”張海鷗帶著王桂蘭和學(xué)生從早到晚都在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)實(shí)驗(yàn)、不斷試錯(cuò)。
一張行軍床,困了就在實(shí)驗(yàn)室里躺一躺；屋頂漏雨、地面滲水的實(shí)驗(yàn)室,張海鷗和王桂蘭經(jīng)常一待就是十幾個(gè)小時(shí)；學(xué)生們都是“四班倒”,兩位教授卻始終“在一線”。
2010年,大型飛機(jī)蒙皮熱壓成形模具的誕生,驗(yàn)證了張海鷗在3D打印中復(fù)合鍛打的可行性。其后,該技術(shù)不斷完善,打印出飛機(jī)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(wěn)定超過傳統(tǒng)制件。
根據(jù)空客公司和美國(guó)GE公司對(duì)飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的需求,張海鷗團(tuán)隊(duì)將利用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)與打印。他告訴記者,中鋼集團(tuán)意識(shí)到該技術(shù)的革命性意義,更欣然幫他們建立工程化應(yīng)用研發(fā)基地,為大飛機(jī)“打印”中國(guó)零件插上了“夢(mèng)的翅膀”。
“頂天立地”做學(xué)問,鍛造“創(chuàng)新”家風(fēng)
談及這對(duì)“教授夫妻”,華中科技大學(xué)材料學(xué)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(diǎn),一是敬業(yè),二是創(chuàng)新。”
據(jù)了解,中國(guó)工程院院長(zhǎng)周濟(jì)也曾多次叮囑他們,“在困難中要堅(jiān)持,要用頂天立地的精神做學(xué)問。”在看過他們鑄鍛銑合一3D制造新技術(shù)與新設(shè)備后,周濟(jì)表示,這項(xiàng)研究有利于我國(guó)在先進(jìn)制造領(lǐng)域由“跟跑”向“領(lǐng)跑”跨越。
“別人做過的我們不做。”張海鷗認(rèn)為,創(chuàng)新應(yīng)該是一個(gè)科學(xué)工作者必備的素質(zhì),“唯有創(chuàng)新才有未來,跟在別人后面難以走遠(yuǎn)。”
記者采訪這對(duì)“教授夫妻”時(shí),恰逢新春萬家團(tuán)圓。張海鷗與王桂蘭也有一段因求學(xué)而分離的“異國(guó)時(shí)光”,因此“團(tuán)圓”在他們眼中顯得更為珍貴。
1987年,張海鷗只身一人東渡日本“取經(jīng)”,師從日本“3D打印第一人”中川威雄教授學(xué)習(xí)和研究等離子快速精密成形模具。據(jù)王桂蘭回憶:6年,丈夫只回來過兩次,但異國(guó)求學(xué)的付出為今日的成績(jī)奠定了基礎(chǔ)。“回國(guó)時(shí),光是資料就裝了31大箱,都是為了回國(guó)服務(wù)教學(xué)與研究做準(zhǔn)備的。”
每當(dāng)春節(jié)來臨,千家萬戶貼“福”字時(shí),張海鷗和王桂蘭卻會(huì)在家中掛出一個(gè)“新”字。這種“創(chuàng)新第一、敢為人先”的精神,激勵(lì)著這對(duì)“教授夫妻”勇攀科研新高峰。
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