作者:陈彬 徐小丹 来源:中国科学报 发布时间:2020/5/27 16:53:16
选择字号:
我国大型泵喷推进器桨叶制造技术获新突破
金属3D打印为船舶提供“中国动力”

 

近日,位于武汉的天昱智能制造有限公司接到一个为某大型船舶制造单位提供大型泵喷推进器桨叶的订单。这笔订单不但是该公司复工复产以来的第一笔“大单”,对于我国船舶泵喷推进器桨叶的高端制造业而言,这笔订单也有着别样的意义。

作为国之重器,泵喷推进器主要应用于潜艇军事、船舶重工等领域,是船舶航行的重要动力装置。因此,对于推进器桨叶的制作工艺有着相当高的要求。近日,由华中科技大学教授张海鸥带领团队采用自主研发的金属3D打印“微铸锻”技术,成功制造应用于船舶重工的大型泵喷推进器桨叶,实现了复杂曲面构件增等减材一体化复合快速制造,解决了3D打印技术中大尺寸零件制造中的“卡脖难题”。而此次天昱智能制造有限公司所采用的技术,便是这一最新技术。

据悉,该团队凭借其研发的“金属微铸锻铣同步复合增材制造技术”(以下简称金属3D打印“微铸锻”技术),一次性制造成功的大型泵喷推进器桨叶,其成型尺寸达到直径0.6米、高度1米,总重量160千克,并破解了在复杂曲面构建上同时进行打印增材、等材变形与铣削减材在同一装备上集成制造的“卡脖难题”。

据张海鸥介绍,3D打印技术发明于上世纪90年代。与传统对原材料去除、切削、组装的加工模式不同之处,该技术是一种“自下而上”,通过材料累加的制造方法。这使得过去受到传统制造方式的约束,无法实现的复杂结构件制造变为可能。

“常规金属3D打印同样存在‘卡脖子’问题。”张海鸥说,一是没有经过锻造,金属抗疲劳性严重不足;二是制件性能不高,难免存在疏松、气孔和未熔合等缺陷;三是大都采用激光、电子束为热源,成本高昂。所以形成了中看不中用的尴尬局面。

正因为如此,目前全球金属3D打印尽管在中小尺寸零部件制造中存在优势,但在大尺寸零件制造上无法和大型锻压机相比,因此也无法进入大型复杂零件的高端应用。

针对这一世界性难题,张海鸥带领研究团队潜心攻关,经过20年不懈努力,发明了“智能微铸锻”3D打印技术,创造性地将金属铸造、锻压技术合二为一,实现了首超西方的边铸边锻的颠覆性原始创新。

张海鸥表示,目前,国际前沿的金属3D打印过程为先进行打印,之后再完成连续冷锻轧制;二步要依次进行,中间还要腾出金属冷却的时间。“智能微铸锻技术可以同步进行上述步骤,打印完成了,铸锻也就同时完成了,熔积效率是前者的3倍。”

“我们将原先需要8万吨力才能完成的动作,降低到八万分之一,也就是不到1吨的力即可完成,一台设备同时完成了过去诸多大型设备才能完成的工作,绿色又高效。”他说。

生产设备功率只需50千瓦,单位时间能耗为巨型压机的千分之二,金属3D打印“微铸锻”完全改变了传统机械制造长期依赖巨型锻机、长流程重污染的模式,不仅突破了现有3D打印金属零件疲劳性能和可靠性难及锻件的“卡脖”难题,也将过去必须由工业“大象”完成的任务,轻松交由智能化的工业“蚂蚁”操作完成。

“以这次制造成功的大型泵喷推进器桨叶为例,如果使用微铸锻技术,不仅生产周期从数月缩短到数周,能耗也可节约高达90%。”张海鸥介绍,金属3D打印“微铸锻”不仅实现了绿色高效的短制造流程,还显著提高了材料的疲劳寿命和可靠性,为船舶航行提供更为强劲、稳定的“中国动力”。

当今世界,航空、航天、核能等多项支柱产业领域以及我国大型先进尖端武器领域,都需要各种复杂、大型的机械零部件。而鉴于金属3D打印“微铸锻”技术对高端制造业绿色智能化转型升级的潜在价值,业界普遍认为,该技术极有可能开辟机械制造史的绿色制造新时代。

“以飞机制造为例,目前一架大型客机的机体结构零件数量数以万计。如果未来可利用3D打印技术生产相关构件,那么一架大型客机的机身结构零部件数量可能仅需数百个。”张海鸥说,不仅如此,未来利用金属3D打印技术,再搭配模拟仿真技术,飞机的研制生产周期也将实现数量级降低。“说不定仅需从前的一半时间,一台大飞机就可从图纸变成一台真实可触的‘巨无霸’。”

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
火星赤道 曾遇洪水 激光核聚变反应堆里程碑:燃烧等离子体
一颗小“月亮”离地球而去  蓝环星云谜题破解
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文