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(shù)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(xié)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?！痹谕豕鹛m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(xiàn)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(xiàn)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?！睆埡ｚt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(jù)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?！?/p>

據(jù)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?！痹诳催^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?！睆埡ｚt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(jù)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?！?/p>

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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