創(chuàng)造性地將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一,升級3D打印技術制造出形狀復雜的大型金屬鍛件,全面提高制件的強度、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),華中科技大學數字制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制造:3D打印的“升級版”
對張海鷗和王桂蘭來說,這個春節(jié)“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,目前正在抓緊研制一批應用于航空領域的高端金屬鍛件。
3D打印技術已發(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、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打印制件具備鍛件性能,使之能應用于高端領域。
“很多同行在這里受阻或認可了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(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。
正是基于這一構想,張海鷗和他的團隊變革了傳統(tǒng)制造模式,將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一,并在成形過程中融合銑削技術,創(chuàng)造出鑄鍛銑合一3D制造新模式,制造出均勻致密度高、形狀復雜的金屬鍛件,全面提高制件強度、韌性及可靠性,解決了常規(guī)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作,現在已降低到之前八萬分之一以下的力即可完成,一臺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、高效的制造目標,具有顯著的技術和經濟優(yōu)勢。
刻苦鉆研: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打印技術并不看好,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(zhí)拗:“他堅信這項技術具有戰(zhàn)略價值,研發(fā)成功對全世界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生從早到晚都在實驗室反復實驗、不斷試錯。
一張行軍床,困了就在實驗室里躺一躺；屋頂漏雨、地面滲水的實驗室,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打印中復合鍛打的可行性。其后,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(wěn)定超過傳統(tǒng)制件。
根據空客公司和美國GE公司對飛機和航空發(fā)動機零部件的需求,張海鷗團隊將利用該項技術進行研發(fā)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(fā)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(chuàng)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(yè),二是創(chuàng)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制造新技術與新設備后,周濟表示,這項研究有利于我國在先進制造領域由“跟跑”向“領跑”跨越。
“別人做過的我們不做。”張海鷗認為,創(chuàng)新應該是一個科學工作者必備的素質,“唯有創(chuàng)新才有未來,跟在別人后面難以走遠。”
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,張海鷗只身一人東渡日本“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,丈夫只回來過兩次,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(jié)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(chuàng)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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