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居里夫婦志趣相投、獻身科研的故事為人熟知，他們因放射性研究共同獲得諾貝爾獎，更是科學界的一段佳話。而在華中科技大學也有這么一對夫妻教授，他們18年來從事著同樣的研究——鑄鍛銑一體化3D金屬打印，并成功制造出世界首批3D打印鍛件，近日在武漢召開該成果發布會。

張海鷗和王桂蘭夫婦

據了解，華中科技大學機械學院張海鷗教授主導研發的這項金屬3D打印技術“智能微鑄鍛”，是在3D打印技術中加入了鍛打技術。對此，專家們認為，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。

據了解，3D打印作為一項前沿性的先進制造技術，已經成為全球新一輪科技革命和產業革命的重要推動力。然而，常規3D打印不僅成本很貴，且工時很長，還打印不出經久耐用的材質來，一直沒有得到突飛猛進的發展。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，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，改變了長期以來由西方引領的“鑄鍛銑分離”的傳統制造歷史，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，而且能打印出大壁厚差的金屬零件，省去了傳統巨型鍛壓機的成本，可通過計算機直接控制成形路徑，大大降低了設備投資和原材料成本。這一技術獲20多項中國和國際發明專利。該成果目前已用于制造我國新型戰機掛件、高鐵轍叉等多項支柱產業領域及大型先進尖端武器裝備領域。

經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。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。

有趣的“包餃子”理論

60歲的張海鷗教授來自華中科技大學機械學院，53歲的王桂蘭教授來自該校材料學院。昨日，記者獲準探訪兩位教授的實驗基地，看到了這項融合了3D打印、半固態鍛造、機器人3項技術的最新成果，并了解了他們科研背后的故事。

進入實驗基地，一臺長4米、高和寬均為2米的“鐵疙瘩”映入眼簾，它可是世界上首次成功打印出具有鍛件性能的高端金屬零件。在填充金屬絲材后，打印針頭來回移動，材料從3D打印針頭中被擠出來，物料在過程中被一層一層疊加成型，同時進行高溫熱處理，軋輥沿著熔積方向對熔積層進行鍛造，最后銑削成型。

“傳統工藝鑄造、鍛造、銑削是分離進行的，但在這臺機器上實現了一體化。”張海鷗教授解釋說，如果把制作一個精密復雜零部件想成包餃子，那么就需要和面、搟皮、配餡等環節，如果其中一個環節不到位，下鍋后可能就露餡，現在這些工序合在一起，皮餡結合緊致，就不會露餡。“露餡的餃子還能吃，但零件‘露餡’就會疏松，只能報廢。”

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。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。

放棄東京大學高薪回國，“吵架”吵出高科技

1998年，張海鷗和王桂蘭放棄在日本東京大學的高薪，來到華中科技大學，在3D打印領域一扎就是近20年。

在王桂蘭眼中，先生是位多才多藝的教授。“他的歌唱得非常好。我當時就是這樣上當的。”談起當年，王桂蘭略有些羞澀。張海鷗一首《我的太陽》徹底贏得了王桂蘭的芳心。

后來，張海鷗去了日本東京大學念博士，王桂蘭也夫唱婦隨，也去了東京大學當客座研究員。

可能正是他的多才多藝，使得他們的3D打印研究，開辟了一條新路。2008年，他們的研究陷入困境，不知道朝何處發展。這時，張海鷗突發奇想，為什么不把傳統分開進行的“鑄”“鍛”“銑”合一進行呢。對此，王桂蘭直斥先生異想天開。因為幾千年來，都沒有這種做法。為此，夫婦倆還大吵了幾架。當然，都只是學術的爭吵。但吵歸吵，張海鷗的設想還是打開了王桂蘭的思路，她最后還是帶著10多個學生進行實驗，“當時想著要是行不通，也至少可以讓他死心。”王桂蘭說。

研發過程失敗了很多次，他們也吵了很多次。“每次失敗他都會挨我一頓抨擊。”王桂蘭笑著說，“但我又會不自覺按他的思路繼續試，錯了就繼續吵，吵完再接著干。”夫婦倆夜以繼日地進行研發，全身心地投入到實驗中，18年來幾乎天天吃食堂，家里廚房一年用不了幾次。2010年，王桂蘭團隊成功完成了西飛大型飛機蒙皮熱壓成型模具，這驗證了張海鷗的“鑄鍛銑合一”的設想，實現了首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創新，成功實現鑄鍛銑一體化。這也是全球首次進行邊鑄邊鍛、鑄鍛合一的新技術。

這種“鑄鍛銑一體化”金屬3D打印技術，有望改變世界金屬零件制造歷史，出現首次由中國制造領先的“東方時代”。