2016年7月22日，由華中科技大學機械學院教授張海鷗主導研發的一項金屬3D打印技術“智能微鑄鍛”，在3D打印技術中加入了鍛打技術，成功制造出世界首批3D打印鍛件。該成果打破了3D打印行業存在的最大障礙，開啟了人類實驗室制造大型機械的歷史，并將給全球機械制造業帶來顛覆性創新。
中國教授突破3D打印制件硬度難題
3D打印技術現在受到國際制造業青睞，已經成為全球新一輪科技革命和產業革命的重要推動力。但由于打印缺乏鍛造這一程序，難免會有疏松、氣孔、未熔合等缺陷難以避免，抗疲勞等性能嚴重不足，使全球3D打印行業一直處在“模型制造”和展示階段。
為解決這一世界性難題，華中科技大學數字裝備與技術國家重點實驗室教授張海鷗團隊經過十多年潛心攻關，獨立研制的微鑄鍛同步復合設備創造性地將已有千年歷史的人類金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，實現了首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創新，大幅提高了制件強度和韌性，提高了構件的疲勞壽命和可靠性。不僅能打印薄壁金屬零件，而且大大降低了設備投資和原材料成本。
據張海鷗介紹，目前由“智能微鑄鍛”打印出的高性能金屬鍛件，已達到2.2米長約260公斤。正在建設的微鑄鍛銑復合制造設備能制造5.5×4.2×1.5的金屬鍛件，表面粗糙度0.02毫米，達到普通機械加工水平。現有設備已打印飛機用鈦合金、海洋深潛器、核電用鋼等八種金屬材料。在零件尺寸方面也取得重大進展，已打印出2200毫米尺寸鍛件，成功打印1800×1400×50毫米尺寸超大型零件。此前世界激光選擇性熔化3D打印金屬零件最大尺寸是德國一家公司的630毫米，均為一米以下的小型件。目前，此項我國自主獨創的國際發明專利技術裝備，不僅可以打印出4倍于上述激光3D打印最大尺寸金屬零件，而且還可以打印和激光送粉成形和電子束送絲成形尺寸相當的零件，也是世界上唯一可以打印出大型高可靠性能金屬鍛件的增材制造技術裝備。
新技術可打印飛機用鈦合金、海洋深潛器
據介紹，傳統機械制造中，澆鑄后的金屬材料不能直接加工成高性能零部件，必須通過鍛造改造其內部結構，解決成型問題。但是對超大鍛機的過度依賴，導致機械制作投資大、成本高且制作流程長、能耗巨大、污染嚴重、浪費嚴重并且難以制作梯度功能材料零件。作為后起之秀的常規金屬3D打印技術因為能夠解決傳統制業的以上弊病而受到青睞，并且在航空航天、模具及汽車領域開始獲得應用。
“以往常規3D打印存在致命缺陷：一是沒有經過鍛造，金屬抗疲勞性嚴重不足，二是制件性能不高，三是存在氣孔和未融合部分，四是大都采用激光、電子束為熱源，成本高昂。所以形成了中看不中用，應用困難的局面。”張海鷗介紹說。現在他的新技術完全攻破了這一難題。
經過專家驗證，儀證實由這種微鑄鍛生產的零部件，各項技術指標和性能均穩定超過傳統鑄件。同時，該技術以金屬絲材為原料，材料利用率達到80%以上，絲材料價格成本為目前普遍使用的激光撲粉粉材的1/10左右。在熱源方面，使用高效廉價的電弧為熱源，成本為目前普遍使用的大多需要進口的激光器的1/10。而且由于這一技術能同時控制零件的形狀尺寸和組織性能，大大縮小了產品周期：制造一個兩噸重的大型金屬鑄件，過去需要三個月以上，現在僅需十天左右。
據了解，我國研制的新型戰斗機上，一種新型復雜鈦合金接頭已經使用了該技術。由于部件復雜，采用傳統方法無法整體制造，只能降低設計標準，將零件拆分成多個部位制造后再連接，使該戰機先進性能受到影響，使用壽命變短。目前，張海鷗團隊的鑄鍛銑一體化整體3D打印技術與裝備，已開始與該團隊合作研發攻關。用3D技術打印出來的TC4鈦合金抗拉強度、屈服強度、塑性、沖擊韌性均超過傳統鍛件。
為此，包括原國家航空航天部部長林宗棠在內的多位專家建議，在《中國制造2025》重大專項中列入此項技術，同時重點推動該技術與裝備在航空航天、先進兩機、核電、艦船、高鐵等重點支柱領域的應用，讓這一技術首先提高我國的制造能力與國防實力，將技術優勢變為競爭實力，成為實現先進制造領域“中國夢”的國之重器、戰略推手。開辟機械制造史上前所未有的綠色時代。
