武汉天昱智能制造有限公司展位号9-12A13

国家科技重大项目「微铸锻铣磨」增减材复合制造机床通过验收

12月29日，由华中科技大学机械学院张海鸥教授带领团队完成的国家科技重大专项“复杂构件电弧-激光微铸锻铣磨复合制造工艺与装备”在武汉通过综合绩效评价。该项目以张海鸥团队历经二十年研发完成的“铸锻铣一体化金属3D打印技术”为核心，武汉天昱智能制造有限公司作为该技术的产业转化单位牵头此次专项。

铸锻铣一体化金属3D打印技术成功突破3D打印不能打印锻件而难以在大型高端锻件中工程应用的世界难题，在2020年被列入限制出口目录，由此可见该技术对于中国乃至全球制造领域的重要性。

针对航空发动机等大型关键复杂构件的制造难度大、合格率低、成本高等技术难题，天昱制造联合武汉重型集团有限公司、华中科技大学、中国科学院工程热物理研究所、武汉华中数控股份有限公司、中国航发南方工业有限公司、中国航发商用航空发动机有限责任公司等六家国内知名院校企业，共同完成技术转化，研制出世界首台最大锻件微铸锻铣同步超短流程制造装备，开创了功能复合单机制造大型复杂锻件的新模式。

课题评价专家组组长、北京北一机床股份有限公司原总工程师刘宇凌认为，作为融合冶金材料制备成形与机械加工于一体的新兴技术，“铸锻铣一体化金属3D打印”是典型的跨行业、多学科交叉技术，代表了未来以产业链短流程化制造为特色的高端装备制造发展方向。“铸锻铣一体化金属3D打印”技术将成破解中国高端装备制造“卡脖”难题的关键。

中钢集团总经理王建认为，该技术有效提升了微铸锻铣磨制造在航空航天、发动机、船舶、核电、高铁、电力能源、汽车制造、工程机械等行业典型件加工制造领域应用的技术成熟度，满足自主知识产权的微铸锻铣磨复合制造技术与国产数控机床、数控系统的深度集成需求，具有广泛应用场景与巨大市场潜力。

“我们也迫切希望能够有更多的中国人参与进来，一起把这项技术推向更大范围的应用，让中国在突破复杂大型零件制造的‘卡脖难题’方面，从先进到领先，并能保持持续领先。”张海鸥认为，此次项目的成功实施，充分验证了“铸锻铣一体化金属3D打印”技术的实用性与领先性。随着相关领域对国产数控复合制造装备的信赖程度不断提升，在即将到来的“十四五”期间，“铸锻铣一体化金属3D打印”技术也必将迎来黄金期。

我国高端装备的快速研发生产，急需大型高端零件整体制造技术。“智能微铸锻铣”方法，以电弧增材与连续等材微锻及热处理同步复合并融合减材铣削新思想，独创紧凑柔性机构，实现了增-等-减材与调质集成制造；提出磁-电-光-力多能场多尺度混态成形模拟方法，揭示超常态应力变形和组织演变规律，建立形性并行设计-制造-测控集成智能系统，创立了中国领先世界的铸锻铣一体化超短流程绿色智能制造新模式与装备。

标志性成果
应用于成都铁路局委托的铁路最关键部件2.4米超高强韧辙叉的制造，创制出12级超细等轴晶锻件，冲击韧性达到单一电弧增材成形的3倍以上并超过传统锻件水平；
应用于西安航空动力股份有限公司委托的发动机过渡段制造，通过发动机系统实际装机测试，鉴定专家组认为，这种新方法制造零件“强度和塑性等性能及均匀性显著高于自由增材成形，并通过乌克兰标准质量检测和实机考核；
美国GE公司测试GH4169高温合金疲劳性能全部超过GE锻件水平且大部分超过其平均值，大幅优于国际著名EOS公司激光成形样件水平，处于世界前列。

光谷企业建成投用新一代3D打印机床，可“打印”航空发动机零件

飞机、舰艇、火箭等“国之重器”中，最“硬核”的金属部件，如龙骨、起落架、螺旋桨、发动机零件等，都必须是锻件。但用3D打印技术制作锻件，在世界范围内都是难题。

天昱智造公司第四代机床。

在光谷，有一家名为“天昱智造”的企业，首创了"边铸边锻"技术，可制造高强韧度、高可靠性锻件。7月1日，该公司自主设计的第四代大型全刚性惰性气氛保护快速制造装备建成投运。

第四代机床示意图

这是一个庞然大物，长约8米，宽约5.7米，高约5.8米，重约230吨，集成了国产数控机床主机、数控系统、功能部件及复杂成形微铸锻系统，具有完全自主知识产权。可生产最大尺寸3m*2m*1.5m的零件，相比前代产品体积增加了6倍以上，同时功能集成智能化程度更高，产品覆盖范围更广，可服务于航空、航天、动力、船舶、核电等领域。

天昱智造公司新机床生产现场。

武汉天昱智能制造有限公司由中钢集团主投设立，致力于转化华中科技大学张海鸥团队铸锻铣一体化增材制造技术成果，历经6年发展，目前正处在快速发展期，已启动第二轮融资，计划融资1-2亿元，解决产能不足的问题。

十余年潜心攻关，

首创"边铸边锻"技术国际领先

金属材料浇铸后，不能直接加工成高性能零部件，必须通过锻造，改造其内部结构，这就是人类几千年来“打铁”的原理。

在工业时代，锻造需要高达十数层楼的大型锻机，锻锤下落时，力量高达8万吨。锻件制造能力，一定程度上代表了一个国家的工业实力。但传统制造工艺投资大、成本高，且制作流程长、能耗巨大、污染严重、浪费严重。

3D打印是金属制造的新兴趋势，却存在韧性和疲劳性能不足等致命缺陷。很多国内外行业专家都认为，3D打印不能打印锻件。为解决这一世界性难题。近十多年来，华中科技大学张海鸥教授团队一直潜心攻关。

使用3D打印技术打印出泵喷推进器桨叶。

“我们做了很多实验，不断改进工艺和装备，但性能始终达不到锻件要求，有一段时间，我们都快绝望了。”张海鸥回忆。

张海鸥毕业于东京大学，上世纪90年代末回国，担任华中科技大学教授。出身轧钢专业，他尝试着将传统轧钢工艺与3D打印技术结合。经过无数次失败，2016年，终于研发出首台世界最大锻件3D打印装备，获得20余项专利，整体技术居于国际领先水平。

“这一技术融合了增材制造、半固态快锻、柔性机器人加工三项技术，将金属增材-等材-减材合三为一，无需重型装备与巨型模具，及20多次反复加热与成形加工，锻造压力不到传统万吨锻压机的0.01%，制造周期缩短60%、能耗减少90%、材料节约60%、成本降低30%。”张海鸥说，“经过验证，锻件疲劳寿命超过国际航空锻件水平，且成形效率为国外顶级水平的3倍。”

天昱智造公司生产现场。

开发更便宜、更高效的新技术

让成本降下来

天昱智造成立于2015年，旨在将科研成果进行市场转化。

6年来，公司承担了国家部委、以及省市许多重要项目，加工过飞机用钛合金主承力构件、飞机用超高强钢起落架、核电用不锈钢叶轮、轨道交通用合金钢辙叉等，满足了航空航天、能源、舰船、发动机等“国之重器”研发急需。

每年，天昱智制投入近千万研发经费，持续进行技术攻关和更新迭代。企业目前已有50多名员工，其中有5位博士、数十位硕士，还有华中科技大学科研团队作为技术支撑。

张海鸥教授夫妇。

“我们需要开发更便宜、更高效的新技术，让成本降下来，才能应用于大批量制造。”张海欧表示。

目前，企业现有设备加工订单一直处于排满状态，“我们需要扩大生产能力，招聘更多人员，进一步走向市场。”公司负责人李波表示，企业正启动第二轮融资。

截止今年5月，天昱智造公司新签与意向成套装备购置与技术服务订单已超3000万元。未来3年，产品制造订单有望突破3亿元。