制造飛機(jī)零部件等高端金屬零件，按傳統(tǒng)方法需先用大型設(shè)備鑄件，然后高溫鍛打，使其堅固耐用。而如今這一傳統(tǒng)方法被顛覆。由華中科技大學(xué)張海鷗教授首創(chuàng)的鑄鍛一體化3D打印技術(shù)，可以讓零件邊打印邊鍛造。這項技術(shù)已成功制造出世界首批3D打印鍛件。其中包括西安航空發(fā)動機(jī)有限公司的一種發(fā)動機(jī)過渡段零件，以及我國研制的一款新型戰(zhàn)斗機(jī)的鈦合金接頭等。該成果突破了3D打印行業(yè)的最大障礙，開啟實驗室制造大型機(jī)械的歷史。
人們常說，好鋼要“千錘百煉”“鍛打成才”，這是因為只有反復(fù)鍛打，才能將鑄造金屬的強(qiáng)度、韌性、疲勞壽命大幅提高到鍛件水平。現(xiàn)代制造業(yè)即是通過先鑄造、再鍛造、后銑削來制造高端金屬零件，但這一方法存在流程長、反復(fù)加熱能耗巨大、重污染等缺點，并且無法制造出材料變化的多功能零件，比如航空發(fā)動機(jī)整體渦輪。
隨著3D打印技術(shù)的誕生和成熟，2010年華中科大機(jī)械學(xué)院張海鷗教授在全球率先取得鑄鍛合一國際專利技術(shù)。張海鷗教授介紹，在傳統(tǒng)鑄鍛技術(shù)中，金屬零件由鑄造設(shè)備一次成形，然后再用鍛機(jī)鍛打，不可能邊鑄邊鍛，但3D打印機(jī)的產(chǎn)生改變了這一切，它可以讓零件邊打印邊鍛壓。
這一技術(shù)也克服了中西方金屬3D打印的瓶頸。有望引領(lǐng)第四次工業(yè)革命的3D打印技術(shù)受到國際制造業(yè)青睞，但金屬3D打印因“有鑄無鍛”，打印不出經(jīng)久耐用的材質(zhì)，一直處在“模型制造”和展示階段。張海鷗教授將3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)鍛壓技術(shù)合二為一，實現(xiàn)了超越西方的原始創(chuàng)新。
據(jù)悉，這一技術(shù)現(xiàn)已能夠打印長達(dá)2.2米、重約260公斤的高性能金屬鍛件。現(xiàn)有設(shè)備已打印出飛機(jī)用鈦合金、海洋深潛器、核電用鋼等8種金屬材料。
西安航空發(fā)動機(jī)有限公司的45鋼發(fā)動機(jī)過渡段零件，因壁厚差大，傳統(tǒng)鑄造成形容易出現(xiàn)裂紋、氣孔、疏松等，若用鍛造方法，需制作鍛模，加工周期長，材料利用率低。該公司與張海鷗團(tuán)隊合作，鑄鍛銑一體化3D打印這種可焊性很差的45鋼零件，目前試制件已通過國際標(biāo)準(zhǔn)檢測。