居里夫婦志趣相投、獻(xiàn)身科研的故事為人熟知，他們因放射性研究共同獲得諾貝爾獎(jiǎng)，更是科學(xué)界的一段佳話。而在華中科技大學(xué)也有這么一對夫妻教授，他們18年來從事著同樣的研究——鑄鍛銑一體化3D金屬打印，并成功制造出世界首批3D打印鍛件，昨日在漢召開該成果發(fā)布會(huì)。
據(jù)了解，這一技術(shù)改變了長期以來由西方引領(lǐng)的“鑄鍛銑分離”的傳統(tǒng)制造歷史，獲20多項(xiàng)中國和國際發(fā)明專利。該成果目前已用于制造我國新型戰(zhàn)機(jī)掛件、高鐵轍叉等多項(xiàng)支柱產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域及大型先進(jìn)尖端武器裝備領(lǐng)域。
有趣的“包餃子”理論
60歲的張海鷗教授來自華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院，53歲的王桂蘭教授來自該校材料學(xué)院。昨日，記者獲準(zhǔn)探訪兩位教授的實(shí)驗(yàn)基地，看到了這項(xiàng)融合了3D打印、半固態(tài)鍛造、機(jī)器人3項(xiàng)技術(shù)的最新成果，并了解了他們科研背后的故事。
進(jìn)入實(shí)驗(yàn)基地，一臺(tái)長4米、高和寬均為2米的“鐵疙瘩”映入眼簾，它可是世界上首次成功打印出具有鍛件性能的高端金屬零件。在填充金屬絲材后，打印針頭來回移動(dòng)，材料從3D打印針頭中被擠出來，物料在過程中被一層一層疊加成型，同時(shí)進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，軋輥沿著熔積方向?qū)θ鄯e層進(jìn)行鍛造，最后銑削成型?！皞鹘y(tǒng)工藝鑄造、鍛造、銑削是分離進(jìn)行的，但在這臺(tái)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)了一體化?！睆埡ｚt教授解釋說，如果把制作一個(gè)精密復(fù)雜零部件想成包餃子,那么就需要和面、搟皮、配餡等環(huán)節(jié),如果其中一個(gè)環(huán)節(jié)不到位,下鍋后可能就露餡,現(xiàn)在這些工序合在一起，皮餡結(jié)合緊致，就不會(huì)露餡?！奥娥W的餃子還能吃，但零件‘露餡’就會(huì)疏松，只能報(bào)廢。”
更難能可貴的是，這種技術(shù)以高效廉價(jià)的電弧為熱源，以低成本的金屬絲材為原料，材料利用率為80％以上，傳統(tǒng)工藝的材料利用率僅為5%。且無需大型鑄鍛銑設(shè)備和模具，通過計(jì)算機(jī)直接控制鑄鍛銑路徑，大大降低了設(shè)備投資和運(yùn)行成本。
夫妻“吵架”吵出高科技
記者了解到，這項(xiàng)技術(shù)帶來兩個(gè)歷史性重大突破：一是將改變長期以來由西方引領(lǐng)世界的“鑄鍛銑分離”的傳統(tǒng)制造歷史，二是在世界上首次鑄鍛銑一體化3D打印出高性能鍛件，有望開啟人類在一臺(tái)設(shè)備上綠色制造高端金屬鍛件的新的歷史。
但不為人知的是，這項(xiàng)技術(shù)居然是這對教授夫婦“吵架”吵出來的。王桂蘭教授說，2008年，張海鷗首次向她提出“鑄鍛銑一體化”構(gòu)想，她認(rèn)為這是異想天開，兩人還吵了一架。張海鷗教授笑著說：“這不怪她，誰叫鑄、鍛、銑分離技術(shù)存在了上千年，要改變談何容易？”不過吵歸吵，張海鷗的設(shè)想打開了王桂蘭的思路，她最后還是帶著10多個(gè)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，“當(dāng)時(shí)想著要是行不通，也至少可以讓他死心?！蓖豕鹛m說。
研發(fā)過程失敗了很多次，他們也吵了很多次。“每次失敗他都會(huì)挨我一頓抨擊。”王桂蘭笑著說，“但我又會(huì)不自覺按他的思路繼續(xù)試，錯(cuò)了就繼續(xù)吵，吵完再接著干?！狈驄D倆夜以繼日地進(jìn)行研發(fā)，全身心地投入到實(shí)驗(yàn)中，18年來幾乎天天吃食堂，家里廚房一年用不了幾次。2010年，西飛大型飛機(jī)蒙皮熱壓成形模具的誕生，驗(yàn)證了“鑄鍛銑三合一”的可行性，實(shí)現(xiàn)了首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創(chuàng)新，成功實(shí)現(xiàn)鑄鍛銑一體化。
