圖為天昱智造公司的微鑄鍛銑復合增材設備。（企業供圖）
國家科學技術獎勵工作辦公室日前公示了2020年度國家科學技術獎受理項目名單。其中，“大型復雜高端零件微鑄鍛同步超短流程制造技術與裝備”，即“金屬3D打印‘微鑄鍛’”技術提名2020年度國家技術發明獎一等獎。提名意見認為：“該重大原創性成果能夠有力支撐我國高端裝備自主創新，引領短流程制造技術革命和傳統工業綠色轉型升級。”
由華中科技大學教授張海鷗首創、武漢天昱智能制造有限公司孵化的“金屬3D打印‘微鑄鍛’”技術，創造性地將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，首創微鑄鍛增等材同步制造方法與理論，研發出一批具有自主知識產權和核心競爭力的微鑄鍛同步制造系列技術與裝備，攻克了大型復雜高端鍛件無法短流程制造的“卡脖子”難題。
專家組認為，該項技術能夠提名國家技術發明一等獎，充分說明了其在原創性、領先性、技術難度與成熟完備性上的巨大優勢，以及在社會效益、發展前景等方面的巨大潛力。
為保證國防重大項目如期完成，張海鷗團隊在武漢未“解封”時毅然選擇“逆行”，在金屬3D打印“微鑄鍛”裝備生產基地——武漢天昱智造復工復產了。
4月14日，工業和信息化部黨組成員、副部長王江平一行走訪天昱智造，對團隊工作給予了充分肯定。王江平表示："該技術是綠色的、性能優異的金屬3D打印技術。希望企業堅持落實防疫工作，為行業發展作出進一步貢獻。"
在天昱智造生產廠房里，弧光閃爍、機器轟鳴。記者在現場看到，一個個復雜金屬零件結合獨特微鑄鍛銑工藝，邊打印邊加工，猶如一件件藝術品驚艷亮相于生產線上。
“我們通過在線采集光、電、熱、力、聲等全方位信號數據，并通過自寫算法建模分析，完成穩定性監測與缺陷判定，實現邊鑄邊鍛、鑄鍛同步、形性同控，從而確保增材制造鍛件的高可靠性與穩定性。”張海鷗團隊博士生王湘平告訴記者，“鑄鍛銑一體化制造需要做到‘極致嚴謹’，弧光跳動稍有異常甚至成形聲音不對都會對鑄鍛形性造成影響，因而不能有半點閃失。”
“傳統工藝的鑄造、鍛造、銑削是分別完成的，直到用了這臺機器，才實現了一體化。”張海鷗解釋說，“我們可以把制作精密復雜零部件想象成包餃子。和面、搟皮、包餃子等各個環節都不能出問題，不然一煮就破了。破了的餃子還能吃，但零件‘露餡’了就只能報廢。”
人們常說，好鋼要“千錘百煉”“鍛打成才”，這是因為只有反復鍛打，才能將鑄造金屬的強度、韌性、疲勞壽命提高至鍛件水平。
一般來說，現代制造業需要通過先鑄造、再鍛造、后銑削來制造高端金屬零件，這一方法存在流程長、反復加熱能耗大等缺點，并且無法適應材料變化新要求。
常規金屬3D打印技術同樣存在缺陷。一是沒經過鍛造，綜合力學性能不及鍛件，尤其是韌性和疲勞性能差距較大；二是冶金質量難以控制，易產生氣孔、未熔合等冶金缺陷；三是設備成本和制造成本較高，熱源多采用大功率激光或電子束，需整體密閉保護，成形空間有限，材料成本昂貴。
2015年，張海鷗團隊研發出微鑄鍛同步復合設備，并打印出全球第一批鍛件——鐵路關鍵部件轍叉和航空發動機重要部件過渡鍛。專家表示，運用3D打印“微鑄鍛”制造品質和效率遠優于國際同類水平，其疲勞壽命超過國際航空鍛件水平，成形效率為國外頂級水平的3倍。
復工以來，3D打印微鑄鍛產業化團隊已拿到首個核電領域訂單，科研團隊也在加緊研發涉及航空航天、艦船等領域的新型高端零件，包括鋁合金艙段、不銹鋼泵推葉輪、超高強鋼吊掛盒段底梁以及鈦合金吊掛外后接頭等。
“盡管疫情迫使我們的生產工作按下了幾個月的‘暫停鍵’，但科研工作一刻也沒有停。目前，我們最重要的工作是開足馬力生產，盡快完成年前積壓的訂單以及最近新接的訂單。”張海鷗說。（記者 柳潔）
