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高端锻件微铸锻复合增材制造 成功通过科技成果评价

供稿:中关村中慧先进制造产业联盟 | 2021-11-08

2018年12月19日,依据《中华人民共和国科学技术进步法》《中华人民共和国促进科技成果转化法》《科学技术评价办法》《科技评估管理暂行办法》,中关村中企慧联先进制造产业技术联盟在北京组织召开由武汉天昱智能制造有限公司自主研发的高端锻件微铸锻复合增材制造科技成果评价会。

评价机构严格按照《科技成果评价试点暂行办法》的有关规定和要求,秉承客观、公正、独立的原则,聘请中国航发北京航空材料研究院研究员张学军任主任,北京科技大学教授曲选辉、北京航空航天大学教授汤海波、中国钢结构协会粉末冶金分会研究员张志恒、钢铁研究总院教授吕旭东、中国航空制造技术研究院研究员李怀学、中国企业联合会副理事长胡晓丽等6位同行专家,组成评价委员会,对该项科技成果进行了评价。评价委员会听取了项目完成单位的技术总结报告,对评价资料进行了审查,经严格质询和充分讨论形成了评价意见。

该项目属于3D打印技术领域,《中国制造 2025》 重点领域技术路线图对增材制造的重点发展方向做出了具体规划,其中强调要重点突破具有系列原创技术的高强合金钢、高温合金等高性能大型关键构件高效增材制造工艺;重点突破具有系列原创技术的成套装备工程化关键技术。激烈竞争中的我国航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、 核电装备及大型先进尖端武器装备等战略领域,都急需各种复杂、高性能大型关键承力件,如:航空航天用大型动载承力起落架、先进航空两机多功能高温承载部件、核电用超高强钢主蒸汽进出接管、 船舶领域用的高强韧耐蚀复杂拓扑形状螺旋桨及多产业用的关键锻件、高性能模具等。采用传统机械制造存在以下缺陷:一是依赖超大锻机、锻模,投资大,成本高;二是制造流程长,需多次加热,能耗巨大,污染严重; 三是整体制造大型薄壁件难度大,材料去除高达 95 %, 浪费严重;四是难以制造梯度功能材料零件。常规金属 3D 打印尚有以下不足:一是由于未经过锻造,存在气孔和未熔合部分,金属抗疲劳性能严重不足; 二是急冷凝固生成发达的柱/枝状晶组织,导致明显各向异性,使得制件整体性能不高。

  上述问题严重制约了先进装备制造的发展。针对上述重大需求和困境,项目组在多项国家 863、国家自然科学基金项目资助下,经过近20年潜心攻关,发明了微铸锻铣合一增材制造方法、增-等-减材等多工序同步、超短流程、多能量场多丝协同复合及控形控性高效成形并创制高可靠性组织的方法等系列技术,在高端零件短流程增材制造关键核心技术上获得了突破,发明并研发了一批具有自主知识产权和核心竞争力的微铸锻合一增材制造系列装备,在国际上首次实现了多自由度协同、组织性能优、 质量稳定可靠的微铸锻铣合一3D打印,突破了3D打印不能打印锻件的瓶颈,这一技术不仅可以满足航空、 航天、武器装备之急需,而且有望变革传统重工业制造方式,开辟中国领先于世界水平的短流程、 节能、省材、绿色制造新时代。

主要创新点:

1、发明了微铸轧铣合一的制造方法,不仅可实现零件的近净成形,且可实现材料组织和缺陷的有效控制。

2、开发了同一工位上增、等、减材多工序复合柔性制造装备,获得了等轴超细晶,有益于提高疲劳性能,实现了多领域、多类型构件的增材制造。

3、发明梯度材料零件电磁约束电弧成形方法,开发了多尺度拓扑设计-制造-原位测量与调控集成的功能结构一体化制造软硬件系统。

  经国家钢铁产品质量监督中心检测,材料的力学性能均高于锻件标准,通过了多家用户测试和验证。该成果具有自主知识产权,技术水平达到国际先进,应用前景广阔。建议:进一步提升成果的技术成熟度,满足市场需求,进而扩大社会、经济效益。

武汉天昱智能制造有限公司于2015年5月28日在武汉东湖新技术开发区登记成立。公司经营范围包括高端金属零部件与模具制造技术的研发、生产等。

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