上圖 張海鷗、王桂蘭夫婦。

張海鷗團(tuán)隊(duì)演示金屬3D制造技術(shù)。 （資料圖片）

　　人物小傳

　　張海鷗，華中科技大學(xué)教授，該校數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工藝方向?qū)W術(shù)帶頭人，東京大學(xué)工學(xué)博士。曾主持完成20多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金、863計(jì)劃、國防預(yù)研等課題，先后獲20項(xiàng)國內(nèi)發(fā)明專利和1項(xiàng)國際發(fā)明專利。

　　弧光留下刺眼的烙印

　　無怨，那是冬日唯一的火種

　　烤炙著漫天的雪花

　　照亮著拓路者前行

　　更傳承著格物致知

　　……

　　這是一首節(jié)選自《奮斗者之歌》的小詩，作者為華中科技大學(xué)碩士龔巨秋。他說，這首詩是送給他的導(dǎo)師、華科著名科研伉儷張海鷗、王桂蘭教授的禮物，也是研究生們跟隨導(dǎo)師艱難探索的紀(jì)實(shí)。

　　春節(jié)里，華科機(jī)械學(xué)院數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)基地中，張海鷗團(tuán)隊(duì)仍在加緊制造一批應(yīng)用于航空領(lǐng)域的高端金屬鍛件。春節(jié)前，該團(tuán)隊(duì)攜金屬3D制造技術(shù)和歐洲空中客車公司簽署了科研項(xiàng)目合作協(xié)議。這意味著，在不久的將來，空客飛機(jī)包括機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)等在內(nèi)的飛機(jī)零部件將可能實(shí)現(xiàn)中國打印。

　　緊貼時(shí)代脈搏才有意義

　　在王桂蘭眼中，丈夫張海鷗是個(gè)多才多藝的人�！八�的歌唱得非常好，我當(dāng)時(shí)就是這樣上當(dāng)?shù)�。”談起�?dāng)年，50多歲的王桂蘭略有些羞澀。

　　1987年，在北京科技大學(xué)讀完研究生后，張海鷗只身一人東渡日本。彼時(shí)，他想繼續(xù)學(xué)習(xí)軋鋼技術(shù)，但日本導(dǎo)師卻指點(diǎn)道：“這方面的技術(shù)，日本已經(jīng)研究得差不多了�！币徽Z驚醒夢中人，張海鷗隨即轉(zhuǎn)向，開始耕耘特種精密成形加工研究領(lǐng)域。

　　6年后，王桂蘭也到東京大學(xué)留學(xué)深造�！鞍饲Ю锫吩坪驮隆薄巴�事不堪回首”，王桂蘭這樣形容當(dāng)年東渡日本艱辛求學(xué)歲月。黎明即起，每天用近4個(gè)小時(shí)的時(shí)間搭乘地鐵往返，深夜12點(diǎn)左右回到家，開始準(zhǔn)備自己和丈夫第二天的飯菜。除完成導(dǎo)師布置的科研任務(wù)外，他倆博覽群書，就系列材料成形加工前沿技術(shù)收集了大量相關(guān)資料，整整裝滿了31個(gè)大箱子，這些資料都是為回國教學(xué)與研究做準(zhǔn)備的。

　　1998年，張海鷗和王桂蘭放棄在日本東京大學(xué)的高薪聘請，回國任教。“當(dāng)初回國時(shí)，清華大學(xué)、上海交大也發(fā)了邀請，我的叔叔、北航機(jī)器人院士張啟先建議我們?nèi)トA科開展機(jī)器人應(yīng)用材料成形加工的探索研究。后來，華科原校長周濟(jì)院士專門找我們深談。最終，我們選擇留在這里。”張海鷗說。

　　張海鷗深有感觸地說：“我父母都是革命老干部，可能受他們的影響吧，我覺得個(gè)人發(fā)展只有緊貼國家發(fā)展的脈搏才有意義和前途�！备改钢夭∽≡海�他倆去醫(yī)院探望，每次二老都攆他們回校，囑咐他們“不要浪費(fèi)了時(shí)間，要努力工作，報(bào)效祖國”。

　　當(dāng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室條件非常艱苦，逢雨天經(jīng)常屋頂漏雨，地面滲水，“天上水，地下火，耀眼的電弧光刺得眼睛充血，面部脫了一層又一層皮”。學(xué)生們分成四班，輪流進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，可是兩位教授卻從早到晚都堅(jiān)守在第一線。他們甚至專門買了行軍床，攻堅(jiān)階段就睡在實(shí)驗(yàn)室。常年的艱苦奮斗，導(dǎo)致兩位教授的身體常年處在亞健康階段。

　　經(jīng)過不懈努力，他們帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用了15年的時(shí)間，終于破解了困擾金屬3D打印的世界級技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了我國首超西方的微型邊鑄邊鍛的顛覆性原始創(chuàng)新。

　　“包餃子”妙解世界難題

　　張海鷗夫婦剛到華科，就開始了創(chuàng)新的第一步——用等離子熔射技術(shù)制造金屬模具和金屬零件。

　　等離子技術(shù)并不是張海鷗首創(chuàng)，但應(yīng)用等離子技術(shù)來制造金屬模具和零件，張海鷗卻是第一人。張海鷗將這一技術(shù)不斷完善、創(chuàng)新，并應(yīng)用到許多關(guān)系國計(jì)民生的領(lǐng)域，如汽車模具制造、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫零部件制造等。

　　當(dāng)時(shí)，金屬3D打印出的制件表面比較粗糙，無法直接當(dāng)零件使用，需做后續(xù)機(jī)械加工，遇到復(fù)雜制件更是幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。張海鷗帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，在金屬3D打印中復(fù)合了銑削，邊打印邊銑削加工，解決了上述難題，2004年一舉獲得國家發(fā)明專利。同時(shí)，在高溫零部件的制造上，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將原先需要5道工序才能完成的加工集成為一道工序。在轎車儀表板模具制造上，他們將制造時(shí)間從原來的85天減少至37天。有企業(yè)敏銳地看到了它的前景，已經(jīng)在世界上率先將其應(yīng)用于豐田轎車儀表板模具制造。

　　張海鷗團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新的步伐并未停止。2009年，他開始構(gòu)想如何讓金屬3D打印制件具備鍛件性能，使之能應(yīng)用于高端領(lǐng)域�！昂芏嗤�行在這里受阻或認(rèn)可了3D打印不能打印鍛件的論斷�！睆埡ｚt偏偏要去挑戰(zhàn)這樣一個(gè)大家都覺得不能完成的事，希望在金屬3D打印中加入鍛打技術(shù)，不用耗能耗時(shí)的成形后熱處理就能獲得等軸細(xì)晶鍛件組織性能。

　　“研發(fā)過程是痛苦的。”張海鷗說，有段時(shí)間問題不斷，前面問題剛解決，新問題又冒出來，加之2012年前國內(nèi)外對3D打印并不看好，幾乎得不到支持。但張海鷗沒有放棄，他堅(jiān)信這項(xiàng)技術(shù)具有戰(zhàn)略價(jià)值。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從早到晚在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)實(shí)驗(yàn)、不斷試錯(cuò)。2010年，大型飛機(jī)蒙皮熱壓成形模具的誕生，驗(yàn)證了張海鷗在3D打印中復(fù)合鍛打的可行性。其后，該技術(shù)不斷完善，打印出飛機(jī)用鈦合金、高溫合金、海洋深潛器、核電用鋼等高端金屬鍛件，其穩(wěn)定性能均超過傳統(tǒng)制件。

　　近日，記者在張海鷗教授位于華中科技大學(xué)的數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)基地，看到了這項(xiàng)融合了3D打印、半固態(tài)鍛造、機(jī)器人3項(xiàng)技術(shù)的最新成果。

　　進(jìn)入實(shí)驗(yàn)基地，一臺(tái)長4米、高和寬均為2米的“鐵疙瘩”映入眼簾，它可是世界上首次成功打印出具有鍛件性能的高端金屬零件。在填充金屬絲材后，打印針頭來回移動(dòng)，材料從3D打印針頭中被擠出來，物料在這一過程中被一層一層疊加成形，同時(shí)高溫?zé)崽幚�，軋輥沿著熔積方向?qū)θ鄯e層鍛造，最后銑削成形。

　　“傳統(tǒng)工藝鑄造、鍛造、銑削是分別完成的，但在這臺(tái)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)了一體化�！睆埡ｚt解釋說，如果把制作一個(gè)精密復(fù)雜零部件想成包餃子，那么就需要和面、搟皮、配餡等環(huán)節(jié)，如果其中一個(gè)環(huán)節(jié)不到位，下鍋后可能就露餡，現(xiàn)在這些工序合在一起，皮餡結(jié)合緊致，就不會(huì)露餡。“露餡的餃子還能吃，但零件‘露餡’就會(huì)疏松，只能報(bào)廢。”

　　2016年7月份，張海鷗團(tuán)隊(duì)研發(fā)出微鑄鍛同步復(fù)合設(shè)備，并打印出全球第一批鍛件：鐵路關(guān)鍵部件轍叉和航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要部件過渡鍛。專家表示，這種新方法制件“將為航空航天高性能關(guān)鍵部件的制造提供我國獨(dú)創(chuàng)國際領(lǐng)先的高效率、短流程、低成本、綠色智能制造的前瞻性技術(shù)支持。”

　　更難能可貴的是，這種技術(shù)以高效廉價(jià)的電弧為熱源，以低成本的金屬絲材為原料，材料利用率為80％以上，傳統(tǒng)工藝的材料利用率僅為5%。且無需大型鑄鍛銑設(shè)備和模具，通過計(jì)算機(jī)直接控制鑄鍛銑路徑，大大降低了設(shè)備投資和運(yùn)行成本。

　　“異想天開”成就領(lǐng)跑地位

　　與發(fā)達(dá)國家相比，我國3D打印產(chǎn)業(yè)大多停留在科研層面，一直處于“跟跑”階段。要擺脫“跟跑”的尷尬，必須創(chuàng)新。

　　張海鷗介紹說，目前由“智能微鑄鍛”打印出的高性能金屬鍛件，已達(dá)到2.2米長，約260公斤，最大尺寸達(dá)2200毫米和1800×1400×20毫米，大小是歐美國家能夠打印出來的高端金屬件的4倍，也是世界上唯一可以打印出大型高可靠性能金屬鍛件的增材制造技術(shù)裝備。現(xiàn)有設(shè)備已打印飛機(jī)用鈦合金、海洋深潛器、核電用鋼等8種金屬材料。

　　令人難以置信的是，這項(xiàng)技術(shù)竟是張海鷗夫婦爭論爭出來的。王桂蘭教授說，七八年前，張海鷗首次向她提出“鑄鍛銑一體化”構(gòu)想，她認(rèn)為這是異想天開，兩人還爭論了一場。張海鷗笑著說：“這不怪她，誰叫鑄、鍛、銑分離技術(shù)存在了上千年，要改變談何容易？”不過爭歸爭，張海鷗的設(shè)想打開了王桂蘭的思路，她最后還是帶著10多個(gè)學(xué)生展開實(shí)驗(yàn)，“當(dāng)時(shí)想著要是行不通，也至少可以讓他死心”。王桂蘭說。

　　研發(fā)過程失敗了很多次，他們也爭論了很多次。王桂蘭笑著說，“但之后，我又會(huì)不自覺地按他的思路繼續(xù)試，錯(cuò)了就繼續(xù)爭，爭完再接著干�！狈驄D倆夜以繼日地研發(fā)，全身心地投入到實(shí)驗(yàn)中，15年來幾乎天天吃食堂，家里廚房一年用不了幾次。

　　反復(fù)實(shí)驗(yàn)、不斷試錯(cuò)之后，研究方向愈加清晰。2012年，張海鷗團(tuán)隊(duì)承接了西安航空動(dòng)力股份有限公司委托的制造發(fā)動(dòng)機(jī)過渡段零件任務(wù)。鑒定認(rèn)為，張海鷗團(tuán)隊(duì)制造的產(chǎn)品與歐洲航天局的項(xiàng)目指標(biāo)和數(shù)據(jù)相比，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性指標(biāo)分別超過航空標(biāo)準(zhǔn)鍛件的12.9%、31.4%、5.9%。

　　這一技術(shù)還能同時(shí)控制零件的形狀尺寸和組織性能，大大縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，制造一個(gè)兩噸重的大型金屬鑄件，過去需要3個(gè)月以上，現(xiàn)在僅需10天左右。

　　張海鷗團(tuán)隊(duì)在成功研發(fā)出該技術(shù)后，并未讓技術(shù)躺在實(shí)驗(yàn)室里“睡大覺”，而是通過建立產(chǎn)業(yè)化基地——天昱公司開展技術(shù)轉(zhuǎn)化和推廣。

　　目前，在我國研制的新型戰(zhàn)斗機(jī)上，一種新型復(fù)雜鈦合金接頭已經(jīng)使用了該技術(shù)；航天某院也開展了和張海鷗團(tuán)隊(duì)的相關(guān)技術(shù)合作。與此同時(shí)，國外航空與動(dòng)力業(yè)巨頭也開始搶灘該領(lǐng)域。美國通用和空客紛紛上門洽談合作。空客公司中國區(qū)COO弗蘭索瓦·麥瑞表示，通過與張海鷗團(tuán)隊(duì)的合作，能使空客公司制造技術(shù)取得更大的突破，繼續(xù)保持其商用飛機(jī)制造領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位。（經(jīng)濟(jì)日報(bào)記者  魏勁松 通訊員 王瀟瀟）

　　【點(diǎn)評】

    重視“小草”的大創(chuàng)新

    張海鷗和他的團(tuán)隊(duì)火了。自去年7月份他發(fā)明的3D金屬制造技術(shù)公布以來，業(yè)內(nèi)高度關(guān)注，就連空中客車公司、美國通用電氣公司這樣的國際標(biāo)桿企業(yè)也不遠(yuǎn)萬里，前來與其洽談、簽約。來自全球制造業(yè)領(lǐng)軍者的肯定，無疑是對這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的高度認(rèn)可。

　　但是，網(wǎng)絡(luò)上對這一技術(shù)的評價(jià)卻呈現(xiàn)兩極化。大部分網(wǎng)友評價(jià)正面、積極，但也有少數(shù)質(zhì)疑聲音，例如，“懂行的都知道沒啥用”“技術(shù)創(chuàng)新意義不大，只是在噴嘴后面加了個(gè)錘子”“根本就是用焊條生生摞出的工件”。而在剛剛結(jié)束的國家增材重點(diǎn)專項(xiàng)評審中，張海鷗團(tuán)隊(duì)竟然落選了。那廂，是國際標(biāo)桿企業(yè)的熱捧，這廂，卻是評選結(jié)果名落孫山。其中的信息，值得品味。

　　像絕大多數(shù)一線科研工作者一樣，張海鷗沒有過高的行政職務(wù)，也沒有耀眼的光環(huán)，甚至從未拿過單項(xiàng)金額超100萬元的科研課題。他只是一棵創(chuàng)新之林中的“小草”，這也是中國絕大多數(shù)一線科技工作者的寫照與常態(tài)。

　　不過，張海鷗和他的團(tuán)隊(duì)有一股“不服輸”的精神，其3D金屬制造技術(shù)更不可小視。首先，這項(xiàng)技術(shù)首次將分離數(shù)百年的鑄造、鍛壓、焊接與熱處理合而為一，實(shí)現(xiàn)了“鑄鍛銑一體化”。其次，這項(xiàng)技術(shù)將3D打印變?yōu)?D制造。3D打印技術(shù)問世30多年了，但是金屬3D打印本質(zhì)上仍是一種3D鑄造，處于“中看不中用”的階段。張海鷗團(tuán)隊(duì)打出首個(gè)3D鍛件，且零件多個(gè)性能高出傳統(tǒng)鍛件，這無疑是一次重大突破。最后，這一技術(shù)能制造出超過1米的大型鍛件，朝著推廣應(yīng)用再進(jìn)一步。這也是這一技術(shù)能引起空客、通用高度關(guān)注的主要原因。

　　創(chuàng)新不是一件容易的事，需要以10年為單位的時(shí)間投入，需要成千上萬次的試驗(yàn)測試，需要無比深厚的學(xué)識積累，需要常人難以忍耐的潛心苦研，需要那一剎那的靈光一現(xiàn)。但創(chuàng)新最不需要的，就是問出處、比出身、拼資歷、論大小。用創(chuàng)新成果和市場反應(yīng)之外的標(biāo)準(zhǔn)去評判創(chuàng)新，是對創(chuàng)新的莫大傷害。

　　今日之中國，從未像今天這般呼喚創(chuàng)新。在《中國制造2025》這份雄心勃勃的計(jì)劃中，中國制造業(yè)要擼起袖子，加油趕超，在30多年的時(shí)間里，與美德英日等制造強(qiáng)國比肩而立。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)不小的目標(biāo)，沒有大量敢創(chuàng)新、愿創(chuàng)新、能創(chuàng)新的“小草”，不行！沒有大量顛覆性的技術(shù)革新，不行！沒有鼓勵(lì)創(chuàng)新、呵護(hù)創(chuàng)新的氛圍，不行！論資排輩分項(xiàng)目、建基地，那更不行！

　　有人說，創(chuàng)新之花，人們往往驚羨它現(xiàn)時(shí)的明艷。然而當(dāng)初，它的芽兒卻浸透了奮斗的淚泉，灑滿了犧牲的血雨。的確如此。在創(chuàng)新已無比緊迫的當(dāng)下，倘若有更多的人，愿意把驚羨的時(shí)間與精力放在呵護(hù)嬌嫩、脆弱的創(chuàng)新之花上，相信，將有更多明艷的花兒競相開放。（原文來源：經(jīng)濟(jì)日報(bào) 作者：胡文鵬）