综述
“咔咔咔……”随着最后一声齿轮咬合的声音结束,实验室里顿时爆发出了惊天动地的欢呼与掌声,一双双眼睛纷纷望向站在正中的男人,只见平日里不苟言笑的他眼底尽是泪光——这位头发有些稀疏、身形有些佝偻的男人,名字叫作张海鸥。
这是2017年1月,地点位于我国湖北省武汉市华中科技大学的一间实验室。当时的人们还不知道,就这天开始,我国的3D打印技术将迎来翻天覆地的转折——张海鸥教授带领他的团队,造出了世界上第一台“锻铸铣一体3D打印机”,老美此后出价数十亿,仍是求而不得!
张海鸥的创造,究竟牛在哪
世界上第一台“锻铸铣一体的金属3D打印机”,究竟有多牛?
“3D打印”我们都听说过,这是一项十分神奇的技术,应用范围很广——无论是火箭航母的零部件,还是残障人士的义肢,甚至是各种日用品、食物,只要能在电脑上建好模,再挑选好合适的原材料,这项技术就能像变魔术一般,一层一层地把东西打印出来。
相比起传统的制造技术,它的优势十分明显:假设咱们要生产一个零件,如果使用传统技术,就得先花费大力气做一个模具出来,然后再把原材料冶炼、提纯,按严格的步骤倒入模具中,再进行脱模、锻造……这样的流程,非常耗时间、耗人力。
因此,自3D打印技术面世后,例如老美、俄罗斯这样的工业生产大国,马不停蹄地就将这技术投入到了工业生产之中——电脑建模,直接打印,这缩减了繁重的工序,大大提高了生产效率,还降低了成本。
不过,3D打印技术自应用于工业生产领域以来,一直存在几个致命缺陷:第一是产品经过一次打印就成型,这在提高生产效率的同时,也使金属缺少了传统生产过程中的繁复捶打,变得非常易碎——这一点,可以说是“成也萧何,败也萧何”。
第二,则是打印机本身精度有限,不少产品在刚制造出来时表面都十分粗糙。这第一和第二点加起来,就使得以往3D打印出来的产品,必须得经过后期的再加工,才能达到投入使用的标准。
第三,是传统3D打印只能用特定合金进行生产。例如一些钛合金、高强钢等"难啃"金属,它就难以胜任。因此诸工业大国虽然纷纷将3D打印技术投入生产中,但投入的领域一直比较受限,这个问题也是各西方国家的“心头大患”。
而张海鸥团队研发出的锻铸铣3D打印技术,就完美地解决了以上痛点。
“锻铸铣”之“锻”,意味着3D打印机在打印过程中将同步进行微锻造,这如同边"揉面"边"擀皮",直接消除材料内部的气泡和裂纹,使打印件强度仿佛经过千锤百炼,能达到航空级标准。
“铸”,指的是打印机采用智能控温技术,能在2000℃高温下精准融化金属粉末,实现微米级液态成型,就像用金属"墨水"写出复杂结构。
而“铣”,则是打印机每打印完一层,都会立即用纳米精度铣刀切削修整。这样一来,其再加工流程将比传统3D打印减少高达80%的工序。
用张海鸥团队研发的3D打印技术,产品能承受战斗机起降时30吨的冲击力;表面粗糙度从50微米级降到0.8微米级;耗材浪费减少90%,能“啃下”高强度金属不说,甚至还能打印带陶瓷涂层的火箭喷管。
可以说,这技术一面世,西方科学家们眼睛都红了!
攻克锻铸铣技术,难如登天
取得如此西方国家也没有创造出的成果,固然令人欢欣雀跃,但细数张海鸥教授的求知之路,却处处是一把辛酸泪。
1955年10月,张海鸥出生在江苏省靖江市一个偏远小镇的普通家庭中。其父亲给他取“海鸥”一名,是希望他能在未来展翅高飞。
张海鸥人如其名,从小就展现出了惊人的智慧,还尤其对奥数痴迷。也因此,他成为了街坊邻居口中的“天才”。不过,他并未因此感到骄傲,仍然日复一日地用功,连老师们都时常夸赞他的勤奋好学。
功夫不负有心人,高考结束后,张海鸥成功考入了北京科技大学,并在本科毕业后继续攻读研究生。他当时想以国内较弱的“轧钢”技术作为研究方向,但因为这项技术已经被日本研究得差不多,他的愿望只能落空。
幸好,几年后,他获得了前往日本留学的机会。也正是在这时,这匹“千里马”遇见了人生中的“伯乐”——日本模具制造专家,中川威雄。
张海鸥跟着中川教授学习,在长达六年的求学时间里,他很少和同学出去游玩,更是只回过中国两次——剩下的时间里,他都在拼了命地读书、做实验,立志要把当时国内没有的“等离子快速精密成型模具”技术带回国家。
博士毕业时,中川教授极力挽留这位善于刻苦钻研的人才,还为他在日本的工作开出了极高的薪酬——张海鸥懂得滴水之恩涌泉相报的道理,但在他的心中,仍然是祖国的恩情于他最重。因此,他还是选择了回到故土。
当时正是1998年,国内的经济发展水平与日本比起来,天差地别。在实验室里,这样的落差尤其明显:以前在日本,张海鸥用的都是全球顶尖的实验仪器;而回到国内,却只剩下各式各类“老破小”。
但张海鸥并没有被物质上的匮乏击垮,因为他深知——当时的中国工业发展水平很低,各种产品、零件都极其依赖进口,偏偏西方国家对关键技术皆守口如瓶,我们想要发展工业,只能每年从国外高价购买设备,被紧紧地卡住了脖子。
没有好实验仪器?那就凑合着用旧的!没有经费?那就勒紧裤腰带过活!时间紧任务重?那就住在实验室!在攻克技术的十几年时间里,张海鸥拿出了自己的全部积蓄支援研究,吃喝拉撒睡基本都在实验室,每天都待在实验室最少二十个小时。
靠着这样的毅力,张海鸥带领他的团队在2004年攻克了3D打印的铣削技术,又在2017年为国家献上了“锻铸铣一体3D打印机”的大礼,实为吾辈楷模!
老美三顾茅庐买不来的技术
正如上文所说的那样,老美早早就将3D打印技术应用在了工业生产流程中,以提高生产效率,占据市场先机。然而,由于传统3D打印技术的固有缺陷,其产品大都要面临比较脆弱、粗糙的问题。
而现如今,最先解决这些问题的,竟然不是“近水楼台先得月”的老美,反而是后来居上的中国!这可让美国专家急红了眼。
为了获取这项技术,美国一家航空公司派人三次来访张海鸥教授的团队,表示愿意开出三十多亿人民币的高价与中国合作,但被张海鸥教授直接拒绝——因为,这样关乎于工业生产的关键技术,一旦出了国,可能就会威胁到我们国家的安全。
民间企业不行,那国家部门出马呢?《华尔街日报》2024年3月报道,美国国防高级研究计划局(DARPA)曾派特使三次赴武汉,试图以120亿美元购买技术专利,但张海鸥教授只是说了三个“不”:“不转让核心算法、不开放源代码、不接受美方监管”。
更让老美震惊的是,法国赛峰集团——这家全球航空发动机巨头,为获得该技术使用权,不仅支付了8亿美元入门费,还同意将中国工程师纳入其最高技术委员会。
见此情况,美国通用电气也顺势低头,将新一代航空发动机叶片的生产车间搬至武汉光谷,同意每件产品向中国缴纳15%的技术使用费。
结论
美国总喜欢在芯片领域卡咱们的脖子,但绝对想不到,中国早已在其他高端领域“另辟战场”,利用咱们自己的3D打印技术,造出了长征九号的发动机燃烧室,造出了华龙一号核电站的蒸汽发生器管板。
正如张海鸥所说:"3D打印不是雕花枕头,能造出顶天立地的国之重器,才是真本事。"转眼之间,咱们耳熟能详的“中国制造”,早已转向了"中国智造"的新纪元!
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