张海鸥教授铸锻铣一体化金属3D打印成功打印高速列车关键部件

来源:科技日报

第三代同步辐射光源高分辨三维成像技术揭开了该校张海鸥团队“铸锻铣一体化金属3D打印”不为人知的秘密：微铸锻铝合金中缺陷尺寸和数量显著低于传统电弧增材，组织得到细化，韧性指标有明显提升。

△视频：张海鸥教授微铸锻铣复合增材制造直播

近期，西南交通大学吴圣川教授将这一研究发表在金属加工领域顶级杂志《材料加工技术》上。“这一结果表明‘铸锻铣一体化金属3D打印’应用于以高铁为代表的大型高端装备中的巨大潜力。”中车青岛四方机车车辆股份有限公司丁叁叁副总工程师介绍，当列车在高速行驶状态下，空气动力学作用急剧恶化，对材料及结构可靠性要求与既有技术显著不同，“铸锻铣一体化金属3D打印”技术所特有的组织通体细晶和基体高强韧等优势，可为未来超高速、长寿命地面交通装备制造提供全新方案。

基于该技术，张海鸥团队成功打印出时速600公里及以上磁浮列车悬浮架关键支撑部件，目前正与吴圣川教授制造或修复更高速度的高速列车铝合金齿轮箱，并合作开展损伤车轴和铝合金结构的表面修复及结构完整性评价。

“材料内部损伤演化及定量表征是重大装备服役中的瓶颈技术。”吴圣川说，长期以来，一直依赖于破坏性试验和表面观察方法推断材料疲劳程度，设计、制造以及服役评估都难以准确定量。近十年来，以同步辐射光源为代表的先进光源，突破这一技术的瓶颈，为了解重大装备的服役过程提供了“超级显微镜”。


铸锻铣一体化金属3D打印技术介绍
锻件的传统制造方法流程长、工序复杂，需要多台大型设备、制造成本高，污染排放量大，而微铸锻铣复合增材制造流程短，只需通过一台设备就可以完成金属丝材到锻件的制造。缩短周期40%-70%，当前，该技术的熔积效率为10kg/h以上，材料消耗减少70%~80%，能耗约为传统制造的10~15%。可获得12级等轴细晶组织，远高于传统锻造的7~8级，成形质量和组织均匀一致性、稳定性高于传统制造10%~30%。

近年来，微铸锻铣复合增材制造技术已经应用于飞机挂架，舰船螺旋桨，汽车翼子板模具，燃机过渡段，高铁辙叉等项目的研发制造，重点服务于航空航天、核电工业、船舶海工、高速铁路等支柱产业。

微铸锻同步制造技术的技术创新主要围绕4个发明：
●熔凝微区增等材同步成型方法；
●均匀等轴细晶强韧化技术；
●难成行材料多能场复合成形技术；
●微铸锻同步超短流程绿色制造装备；

首创了“铸锻同步、控形控性、缺陷检测、自主修复”多功能集成系列装备，实现1台设备超短流程制造大型复杂锻件的重大创新。