技术起源铸辉煌,自主创新破难题
说起航空航天这些高精尖领域,总绕不开大型钛合金零件的制造难题,以前那种老办法,铸造锻造热处理再铣削,一套下来费时费力,材料浪费一大堆,成本高。
华中科技大学张海鸥教授团队从上世纪90年代中后期就开始钻研金属3D打印,早年尝试激光熔化粉末,结果强度不够,内部缺陷多,基本成不了气候。
但他们没轻易认输,转而琢磨怎么把铸造和锻造合到一起,用电弧做热源,普通焊丝当原料,高频锤边打印边敲击,晶粒直接细化到微米级,气孔裂纹几乎没了。这样一来,零件强度和韧性不输传统锻件,甚至还更好点。
这项铸锻铣一体化技术,核心就在于把三道工序挤到一台设备上,一次成型,省去了中间转运和多次加热的麻烦。想想看,传统生产线得占地大,设备多,工人还得干重活,现在一台机器搞定,占地小,能耗低,操作起来简单多了。
材料利用率从不到一成跳到九成以上,成本直线下降到原来的几分之一。更牛的是,能打印出带复杂内部通道的结构件,传统锻造根本做不到那种精度和自由度。
团队从2009年国家数控机床重大专项启动后,全力投入,经历了无数次试验调整。2013年搞出首批小样件,证明可行;到2016年,首台实用设备问世,通过测试,性能数据亮眼,成功制造出首批锻件等效的金属零件。
华中科技大学通报成果后,国际上开始注意这个创新。2018年,通过工信部鉴定,九位院士给出国际领先的评价。这技术不光在实验室转悠,很快就推向实际应用。像钛合金大隔框、火箭储箱环件、飞机起落架支柱,这些关键部件都用上了,批量生产起来。
国外的金属3D打印大多还停留在打印后再单独锻造的阶段,性能落后一代以上。中国这条路子,靠本土资源和原创思路,实现了从跟跑到领跑的转变。
以前大型钛合金承力件,全球就那么几家垄断,美国俄罗斯把持大锻模,中国得进口不少。现在自主可控了,设计自由度高,稳定性强,这对军民两用装备来说,是实打实的底气。
美方求购三碰壁,中方禁令护核心
技术一露头角,国外企业就坐不住了,尤其是美国那边,派人来武汉求购。第一次是2018年底,出价8亿元,想打包带走设备和技术。张海鸥团队直接拒绝,没松口。
没几个月,第二次又来,价格提到15亿元,强调合作前景,但还是碰壁。2020年初,第三次开出30亿元高价,带着详细方案讨论,却再次被挡回去。
为什么这么护着?因为铸锻铣一体化涉及军民两用,出口一松懈,就可能影响安全。2020年8月,商务部和科技部联合调整目录,把这项技术编号183506X,列入禁止出口范围。
控制要点覆盖核心工艺和设备,防止任何形式的外流。2023年12月,目录又修订,新增条目,管制更细致。这不是随便一禁,而是基于技术对航空航天、兵器核电的支撑作用。国外激光粉末路线,效率低,成本高,中国这个原创路径,领先太多,他们追不上,只能求购。
美国企业求购被拒后,转向其他合作,但中国立场坚定,技术必须掌握在自己手里。团队透露,国内投资人增多,想合力推广应用。毕竟,这是全球独有的发明,国外没有类似。
保护措施从专利到目录,全方位覆盖。网上文章提到,这技术获英国发明金奖,国际认可度高,但出口限制就是为了守住优势。想想那些垄断中国的技术,现在轮到中国握牌了,这转变来得不容易。求购事件,也侧面证明了技术的含金量,不卖就是为了长远发展。
应用拓展领前沿,未来发展握主动
技术落地后,迅速扩展应用。2021年,设备进厂,用于高速磁浮列车部件制造。2022年,融入歼-20等装备,隔框环件批量供应。C919起落架支柱、卫星大型支架,也都用上这技术。
火箭结构段打印,尺寸大,性能稳。材料从钛合金伸到高温合金、钢镁合金,打印速度精度双升。国内工厂安装五百多台,最大成型体积12米×4米×3米,够用重型运载火箭整体段。
2023年,新一代设备升级,集成机器人臂,灵活性强。核电部件制造,耐腐蚀件轻松搞定。企业反馈,成本降,效率高,废品率低。国外空中客车有限合作,但核心不外传。
中国路径革命性,嵌入锻造过程,性能领先。团队发表成果,国际期刊认可。产业影响大,大型件制造独立,外部压力挡不住。
2024年,技术迭代,尺寸更大,速度更快。军用装备性能提升,民用出口管制严。国家保护下,未来飞机火箭核电,依赖这支撑。设计自由,迭代快,中国领先优势拉大。团队壮大,培养人才,输出技术到企业。
想想那些年进口依赖,现在翻身了。中国科技自立,体现在这些实打实成果上。应用越广,优势越明显。未来,新装备性能跃升,靠的就是这类原创。