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华科张海鸥教授破解世界性难题——3D打印飞机零件

“我们的技术将在先进制造领域掀起新一轮的革命。”日前，华中科技大学机械科

学与工程学院教授张海鸥携其研发的“智能微铸锻铣复合制造技术”，与法国空客公司

举行了技术合作签约仪式，这是法中两国在先进制造领域的一项重要合作。这位年过

60岁的老人和夫人王桂兰一起，带领团队用14年的时间，破解了困扰金属3D（三

维）打印的世界级技术难题，实现了我国首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创

新。

 不仅是空客，美国通用电气公司不久前也主动上门洽谈合作。创新成果被航空业巨

头竞相追逐，表明了我国在3D打印技术上已经由“跟跑”开始进入“领跑”阶段。

 将金属铸造、锻压技术合二为一，改变西方引领的制造模式

 在华中科技大学，张海鸥、王桂兰夫妇就像一段传奇。跟电弧光打交道十余年，他

们被称为“华科居里夫妇”。其实，张海鸥的科研路颇为曲折，刚起步时，他埋头于轧

钢研究。但“这项技术，日本已经研究得差不多了”，导师的话如当头一棒，他懵了。

考虑再三，他于1987年东渡日本“取经”。

 王桂兰说，在日本工作之余，她做得最多的就是收集资料，从课程配置到最前沿的

技术，无所不有。“回国的时候，资料整整打包了31个大箱子。”

 十几年科研路，就是不断试错的过程。“唯有创新才有未来，跟在别人后面是不会有

太大出路的。”1998年，张海鸥被引进到华中科技大学，致力于高效低成本无模快速制

造技术研究，4年后开始主攻金属3D打印。

 试错之后迎来创新。2016年7月，张海鸥团队创造性地将金属铸造、锻压技术合二

为一，成功制造出世界首批3D打印锻件，实现3D打印锻态等轴细晶化、高均匀致密

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度、高强韧、形状复杂的金属锻件，全面提高了制件强度、韧性、疲劳寿命及可靠

性，降低设备投资和原材料成本，大幅缩短制造流程与周期，全面解决常规3D打印成

本高、工时长，打印不出经久耐用材质的世界性难题。

 专家表示，这项技术改变了长期以来由西方引领的“铸锻铣分离”的传统制造历史，

将开启实验室制造大型机械的历史。

 攻克传统技术难题，推动金属3D打印制件进入高端应用

 最近几天，在华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室的实验基地，张海

鸥团队正在加紧制造一批应用于航空领域的高端金属锻件。目前由“智能微铸锻”打印

出的高性能金属锻件，已达到2.2米长约260公斤。现有设备已打印飞机用钛合金、海

洋深潜器、核电用钢等8种金属材料，是世界上唯一可以打印出大型高可靠性能金属

锻件的增材制造技术装备。

 据介绍，在传统机械制造中，浇铸后的金属材料不能直接加工成高性能零部件，必

须通过锻造改造其内部结构，解决成型问题。但是对超大锻机的过度依赖，导致机械

制作投资大、成本高且制作流程长、能耗大、污染和浪费严重的问题。正因如此，金

属3D打印技术因能解决以上弊病而成为前沿性的先进制造技术。作为全球新一轮科技

革命和产业革命的重要推动力，目前已经在航空航天、医疗、汽车等领域开始获得大

规模应用。

 “常规金属3D打印存在致命缺陷：一是没有经过锻造，金属抗疲劳性严重不足；二

是制件性能不高，难免存在疏松、气孔和未熔合等缺陷；三是大都采用激光、电子束

为热源，成本高昂。所以形成了中看不中用的尴尬局面。”张海鸥介绍，正因如此，全

球金属3D打印行业一直处在“模型制造”和展示阶段，无法进入高端应用。

 2016年7月，张海鸥团队研发出微铸锻同步复合设备，并打印出全球第一批锻件：

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铁路关键部件辙叉和航空发动机重要部件过渡锻。专家表示，这种新方法制件“强度和

塑性等性能及均匀性显著高于自由增材成形，并超过锻件水平”，“将为航空航天高性

能关键部件的制造提供我国独创国际领先的高效率、短流程、低成本、绿色智能制造

的前瞻性技术支持。”

 “常规3D打印金属零件的过程是打印算一层，铸