1

前言

2

提到制約我國(guó)科技發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，公眾往往首先聯(lián)想到的是光刻機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及半導(dǎo)體芯片，似乎全球高科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)僅集中于這幾項(xiàng)尖端領(lǐng)域。

3

誠(chéng)然，這些技術(shù)至關(guān)重要，但它們并非全部。中國(guó)其實(shí)還掌握著一項(xiàng)低調(diào)卻極具戰(zhàn)略價(jià)值的核心突破——由華中科技大學(xué)張海鷗教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)，這項(xiàng)成果甚至令美國(guó)政府坐立難安。

4

該技術(shù)有望徹底重塑飛機(jī)、火箭等高端裝備的制造流程，將原本長(zhǎng)期被西方壟斷的關(guān)鍵承力部件生產(chǎn)權(quán)牢牢掌握在自己手中。

5

面對(duì)這一顛覆性工藝，美方曾三次提出高價(jià)收購(gòu)請(qǐng)求，均遭拒絕，最終該技術(shù)也被正式列入國(guó)家禁止出口目錄。那么，它究竟強(qiáng)大到了何種程度？

6

鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)

7

在當(dāng)前輿論環(huán)境中，每當(dāng)談及國(guó)際科技博弈，大眾注意力幾乎全部集中在納米級(jí)精度的微電子領(lǐng)域。

8

人們?yōu)闃O紫外光源焦慮，為7納米以下制程擔(dān)憂，仿佛國(guó)家命運(yùn)就維系于能否在指甲蓋大小的硅片上雕刻出更精細(xì)的線路。

9

這種對(duì)“計(jì)算能力”與“信息處理”的過(guò)度關(guān)注，常常讓我們忽視了工業(yè)體系中的另一條主干道——那是一條關(guān)于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、材料韌性與承載極限的硬核賽道。

10

事實(shí)上，真正決定一個(gè)國(guó)家能飛多高、潛多深、戰(zhàn)多遠(yuǎn)的，除了大腦中的集成電路，更需要身體上的“鋼鐵之骨”。

11

當(dāng)我們把視線從顯微鏡移開(kāi)，轉(zhuǎn)向轟鳴作響的重型車間，便會(huì)發(fā)現(xiàn)，在戰(zhàn)斗機(jī)起落架、運(yùn)載火箭連接環(huán)、核電反應(yīng)堆核心構(gòu)件等領(lǐng)域，中國(guó)曾經(jīng)遭遇的技術(shù)封鎖之痛，并不亞于芯片產(chǎn)業(yè)。

12

而在武漢喻家山下的實(shí)驗(yàn)室里，有一項(xiàng)鮮為人知卻鋒芒畢露的技術(shù)，默默耕耘二十載，終使西方從試圖重金購(gòu)得轉(zhuǎn)為只能仰望，這正是張海鷗團(tuán)隊(duì)所開(kāi)創(chuàng)的“鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)”。

13

要理解其技術(shù)含金量，必須先了解傳統(tǒng)高端金屬零件制造方式的局限。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，無(wú)論是殲-20戰(zhàn)機(jī)的核心框架，還是C919客機(jī)的主起落架，都不得不依賴一條耗時(shí)漫長(zhǎng)且成本高昂的傳統(tǒng)路徑。

14

傳統(tǒng)制造遵循的是“減材成型”邏輯：若需特定形狀的高強(qiáng)度零部件，必須先獲取數(shù)十噸重的優(yōu)質(zhì)金屬鑄錠，送入高溫爐加熱至紅熱狀態(tài)，再轉(zhuǎn)移至萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)下進(jìn)行強(qiáng)力鍛打，以壓實(shí)內(nèi)部孔隙，提升致密度，此過(guò)程稱為鍛造。

15

而這僅僅是開(kāi)始。完成鍛造后的毛坯還需進(jìn)入五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，通過(guò)層層切削去除多余部分。整個(gè)流程堪稱“用金錢換取性能”的典型代表。一塊巨大的鈦合金原始坯料，最終保留在飛機(jī)上的部分通常不足十分之一，其余超過(guò)90%均被削成廢屑。

16

更嚴(yán)重的問(wèn)題在于周期冗長(zhǎng)，單個(gè)大型構(gòu)件的制造動(dòng)輒數(shù)月甚至以年計(jì)。此外，還有一個(gè)極高門檻——超大尺寸模具和重型鍛壓設(shè)備。誰(shuí)掌控這些資源，誰(shuí)就掌握了通往重大裝備制造的通行證。

17

長(zhǎng)期以來(lái)，歐美俄等國(guó)在此領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。你想增產(chǎn)？請(qǐng)排隊(duì)等待；你想定制？需額外加價(jià)；至于核心模具設(shè)計(jì)技術(shù)，則根本不會(huì)對(duì)外出售。

18

難道就沒(méi)有替代方案？這個(gè)問(wèn)題自上世紀(jì)九十年代中期起，便深深扎根于華中科技大學(xué)張海鷗教授的腦海之中。

19

攻克技術(shù)

20

彼時(shí)，3D打印（即增材制造）概念剛剛興起，帶來(lái)了一種全新的“正向構(gòu)建”思路——所需形狀可逐層堆積而成，無(wú)需龐大模具，也避免了材料的巨大浪費(fèi)。

21

理想雖美好，但早期金屬3D打印存在致命缺陷：結(jié)構(gòu)“外強(qiáng)中干”。當(dāng)時(shí)主流采用激光熔融金屬粉末的方式，雖能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形態(tài)，甚至做出精美鏤空結(jié)構(gòu)，但僅限觀賞或非承力用途。

22

一旦置于顯微鏡下觀察，其內(nèi)部晶粒粗大，遍布肉眼不可見(jiàn)的微孔，此類材料用于日常模型尚可，若應(yīng)用于承受數(shù)百噸沖擊力的航天器受力件或飛行器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，則無(wú)異于拿生命冒險(xiǎn)。

23

因此，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為：3D打印所得金屬件天生脆弱，難以擔(dān)當(dāng)重任。

24

然而，這種共識(shí)并未動(dòng)搖張海鷗的決心。相反，他從中看到了突破口：既然打印件松散，是因?yàn)槿狈﹀憻?；而鍛造之所以增?qiáng)性能，源于千錘百煉的過(guò)程。

25

那么，是否可以嘗試同步進(jìn)行？一邊堆疊金屬，一邊實(shí)施鍛打？這一設(shè)想在2009年國(guó)家啟動(dòng)高檔數(shù)控機(jī)床重大專項(xiàng)之際迎來(lái)契機(jī)，但實(shí)際執(zhí)行難度堪比登天。

26

要知道，在傳統(tǒng)工業(yè)體系中，鑄造、鍛造與銑削屬于完全不同工種，分屬獨(dú)立車間，各自擁有不同的溫度環(huán)境與操作規(guī)范。

27

如今要將這三項(xiàng)工藝整合進(jìn)同一臺(tái)設(shè)備，并確保協(xié)同運(yùn)作無(wú)縫銜接，其難度相當(dāng)于一人同時(shí)演奏鋼琴、進(jìn)行拳擊并穿針引線。

28

技術(shù)團(tuán)隊(duì)面臨的最大挑戰(zhàn)是時(shí)間控制的極致精確。在他們研發(fā)的系統(tǒng)中，并非先打印后鍛造，而是“趁熱施壓”的極限演繹。

29

國(guó)產(chǎn)電弧槍剛將金屬絲熔化，材料尚處于半固態(tài)、塑性最佳的瞬間，高頻微鍛裝置便立即跟進(jìn)，連續(xù)實(shí)施微米級(jí)鍛打。

30

這一擊之下，內(nèi)部氣泡被徹底擠壓消失，潛在裂紋被閉合，新生的粗大晶粒被破碎重組為極其細(xì)密的微觀組織。待該層冷卻定型，下一層金屬液隨即疊加，形成“打印—鍛打—銑削”三步循環(huán)推進(jìn)的獨(dú)特模式。

31

為了打通這條新路，從1995年初具構(gòu)想到2009年全面攻堅(jiān)，再到無(wú)數(shù)次失敗試驗(yàn)堆積如山，張海鷗夫婦及其學(xué)生幾乎將全部青春傾注于實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器旁。

32

這里沒(méi)有寫字樓里的咖啡香氣，只有刺目的電弧光、金屬撞擊的巨響與揮之不去的焦灼氣味?！拔㈣T鍛同步”工藝的成功，標(biāo)志著中國(guó)徹底跳出了西方既定技術(shù)路線。

33

當(dāng)國(guó)外同行仍執(zhí)著于昂貴激光源與高純度金屬粉末時(shí)，中方團(tuán)隊(duì)直接選用廉價(jià)工業(yè)焊絲作為原料，熱源亦采用普通電弧，整體成本降至地板級(jí)別，僅為傳統(tǒng)激光打印的幾十分之一。

34

直至2013年，首批經(jīng)金相分析驗(yàn)證完全合格的小型試件成功問(wèn)世；2016年，具備完整工業(yè)化能力的整機(jī)正式運(yùn)行。當(dāng)這臺(tái)設(shè)備陸續(xù)產(chǎn)出一個(gè)個(gè)不僅外形復(fù)雜、且內(nèi)部組織媲美萬(wàn)次鍛打的鈦合金構(gòu)件時(shí)，全球高端制造界為之震動(dòng)。

35

2018年，九位院士齊聚評(píng)審現(xiàn)場(chǎng)，給予這項(xiàng)技術(shù)“國(guó)際首創(chuàng)、國(guó)際領(lǐng)先”的高度評(píng)價(jià)。這并非溢美之詞，因當(dāng)時(shí)國(guó)外頂尖機(jī)構(gòu)仍在沿用“先打印、后熱處理”的多階段流程，而中國(guó)已實(shí)現(xiàn)全流程一體化集成。

36

一旦走出實(shí)驗(yàn)室，該技術(shù)釋放的能量極為驚人。C919客機(jī)主起落架關(guān)鍵承力件不再依賴“萬(wàn)噸鍛壓+大量切削”的老舊模式。

37

長(zhǎng)征系列火箭所需的大型轉(zhuǎn)接環(huán)，無(wú)需等待漫長(zhǎng)的模具開(kāi)發(fā)周期，可直接“生長(zhǎng)”成型。甚至以往設(shè)計(jì)師心存幻想?yún)s不敢落筆的輕量化結(jié)構(gòu)——如內(nèi)部蜂窩網(wǎng)格、蜿蜒散熱通道等，如今皆可輕松實(shí)現(xiàn)。

38

因?yàn)樵诖蛴∵^(guò)程中，銑刀可隨時(shí)介入修整復(fù)雜內(nèi)腔，隨后繼續(xù)封頂打印，這種“邊造邊修”的能力，是傳統(tǒng)鍛造工藝望塵莫及的優(yōu)勢(shì)。

39

這種降維打擊式的能力，意味著我國(guó)在航空航天與高端裝備迭代速度上獲得了前所未有的“加速器”。當(dāng)對(duì)手還在排隊(duì)等待鍛造毛坯驗(yàn)證新設(shè)計(jì)時(shí)，我們或許已完成三代優(yōu)化。

40

從殲-20的大型鈦合金隔框，到衛(wèi)星精密支架，乃至尺寸達(dá)12米×4米×3米的巨型金屬結(jié)構(gòu)，只要能夠設(shè)計(jì)出來(lái)，就能被精準(zhǔn)制造出來(lái)，而且更快、更省、更強(qiáng)。

41

適用材料范圍廣泛，涵蓋高溫合金、高強(qiáng)度鋼、鋁合金，甚至難以加工的鎂合金，均可在該系統(tǒng)中穩(wěn)定成型。

42

西方國(guó)家多次求購(gòu)

43

如此顛覆行業(yè)規(guī)則的技術(shù)，自然引起西方高度警惕。那些老牌工業(yè)強(qiáng)國(guó)深知其背后的戰(zhàn)略意義——這不僅是新型設(shè)備，更是對(duì)其幾十年來(lái)依托“大型模具+精密加工”建立的技術(shù)壁壘的徹底瓦解。

44

于是，一波又一波外國(guó)采購(gòu)代表接踵而至，報(bào)價(jià)從數(shù)億元逐步攀升至逾三十億元人民幣，但無(wú)論金額多高，張海鷗教授始終態(tài)度堅(jiān)決：不賣。這不僅是個(gè)人風(fēng)骨的體現(xiàn)，更是基于國(guó)家戰(zhàn)略安全的清醒判斷。

45

這項(xiàng)技術(shù)絕非可用金錢衡量的商品。試想，若其流入他國(guó)，使競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手同樣具備低成本高效制造頂級(jí)金屬構(gòu)件的能力，那么我們?cè)谛乱淮鷳?zhàn)機(jī)、火箭乃至核潛艇領(lǐng)域苦心積累的優(yōu)勢(shì)將瞬間歸零。

46

這才是真正的核心競(jìng)爭(zhēng)力，是一種無(wú)法用金錢購(gòu)買的時(shí)間領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

47

國(guó)家層面反應(yīng)迅速而果斷。2020年，商務(wù)部與科技部聯(lián)合修訂發(fā)布《中國(guó)禁止出口限制出口技術(shù)目錄》，其中“鑄鍛銑一體化金屬3D打印關(guān)鍵技術(shù)”赫然在列，編號(hào)183506X。

48

至2023年，相關(guān)管控條款進(jìn)一步細(xì)化收緊，相當(dāng)于為該技術(shù)貼上了最高級(jí)別的保密封印，同時(shí)也向世界宣告：中國(guó)不再只是追隨者，我們正在開(kāi)辟一條自主可控的全新工業(yè)發(fā)展路徑。

49

回望過(guò)去，我們習(xí)慣性地聚焦于尚未突破的短板而憂心忡忡，卻常忽略在那些看似“笨重粗糙”的基礎(chǔ)制造領(lǐng)域，中國(guó)科研人員付出了何等艱辛的努力。

50

如果說(shuō)光刻機(jī)決定了未來(lái)數(shù)字世界的生存邊界，那么像“鑄鍛銑一體化”這樣的技術(shù)，則決定了物理空間的拓展極限。

51

它無(wú)聲無(wú)息，但當(dāng)我們翱翔于前所未有的高空，深入地球最幽暗的海底時(shí)，支撐這一切的，正是這一錘一錘鍛造出的中國(guó)制造的“脊柱”。

52

結(jié)語(yǔ)

53

在這個(gè)喧囂浮躁的時(shí)代，張海鷗團(tuán)隊(duì)甘坐二十年冷板凳，換來(lái)的是國(guó)家工業(yè)版圖中一張無(wú)可替代的戰(zhàn)略王牌。

54

它昭示世人，真正的“大國(guó)重器”，不是靠炒作贏得的，也不是靠引進(jìn)換來(lái)的，而是由無(wú)數(shù)個(gè)日夜堅(jiān)守在機(jī)器旁的科研工作者，用堅(jiān)持與智慧，硬生生從不可能中“砸”出來(lái)的。

55

這種無(wú)法被扼住咽喉的技術(shù)底氣，才是我們?cè)陲L(fēng)云變幻中屹立不倒的最強(qiáng)根基。

56

信息來(lái)源：

57

《列入限制出口名單，美國(guó)曾3次求購(gòu)！這項(xiàng)3D打印技術(shù)僅中國(guó)掌握》新浪財(cái)經(jīng)2021-03-30 19:06

58

59

60