中国有一款特殊的“3D打印机”，不仅能打印金属零件，甚至还能打印出中国战机和高铁的核心部件，为此美国都曾多次上门重金求购！那到底是什么样的3D打印机，竟有如此魅力呢？大家好，欢迎来到本期科普频道，我是爱较真的大东！2020年8月28日，商务部和科技部调整发布了《中国禁止出口限制出口技术目录》，在此目录中，重点新增了一项“铸锻铣一体化金属3D打印技术”。而在此之前，美国通用公司甚至三顾茅庐，来到中国重金求购这一技术，可惜并未得偿所愿！也就是说，中国现在在科技领域卡住了美国公司的脖子！那么问题来了：这个“铸锻铣一体化金属3D打印技术”到底是什么？中国又是如何一步步领先世界的？最重要的是，这一技术现在又能帮中国做什么？本期大东就会为你揭秘，这项堪称世界上最高端的“3D打印技术”。
如果要讲解“铸锻铣一体化金属3D打印技术”的原理，可以将其分为“金属3D打印技术”和“铸锻铣一体化机床技术”两部分！先对于3D打印技术，相信屏幕前的朋友并不陌生。作为一种新型的制造和加工工艺，3D打印的原理，其实就是以数字模型（3D设计文件）文件为基础，运用粉末状的可粘合材料，通过3D打印机，逐层打印的方式来构造物体。简单来说，3D打印就像我们盖房子一样，从底部一层层的添加砖材石料，最终造出一栋大楼。日常生活中我们所能接触到的3D打印产品基本都是以塑料为材料，打印出的一些工艺品或者玩具！然而这其实只是3D打印技术的最低端应用。
事实上，3D打印技术之所以被人类寄予厚望，是因为他在金属3D打印领域有着极高的潜力！从特点上讲，3D打印的层层堆叠方法，具有高度的柔性和定制性，如果用来制造某些外形特殊的金属零件，其制造成本和制造速度都会有显著的优化。除此之外，3D打印机器的自治性也非常高，只需要传入零件的CAD模型，就可以自主打印。这些特点如果利用得当，完全可以取代数控机床，实现工业化4.0的目标，也就是无人化生产。但是就目前的技术而言，3D金属打印仍有一些难以弥补的缺陷，那就是材料强度的问题。刚刚我们说到，3D打印的材料主要是粉末状的可粘合材料，这在金属3D打印方面也不例外。但是金属粉末在融化成型后极大概率会存在一些微小的孔隙和缺陷，因此最终的产品质量并不算太高。而这也是目前金属3D打印无法取代高端数控机床的原因。毕竟高端的数控机床，在铸、锻、铣等方面都有着更为专业的制造技术。
在这里简单解释一下什么是铸、锻、铣。铸是将液体金属浇铸到特定形状的空腔中，待其冷却凝固后，来获得零件或者毛坯。锻是指利用锻压机械对金属坯料进行高强锻打，来获得更好的材料强度。而铣则是指利用某些特定的刀具，来对金属零件进行更高精度的铣削，从而获得更为特殊和更为精准的型面。简单来说，一块金属经过高端机床的铸造、锻造、铣削后，其材料强度和制造精度，都会更加符合要求！目前来说，在铸锻铣等领域，都有着专属的高端机床，而这些机床的加工制造技术，相比于金属3D打印而言更为专业。但是以目前的机床技术而言，铸造、锻造以及铣削必须分开才能完成。这样繁琐的流程会将整个制造周期拉长，复杂的工序也就意味着需要更多台的大型设备，其制造成本将会大幅度提高！
说到这，相信很多朋友应该就能明白“铸锻铣一体化金属3D打印技术”是什么概念了！事实上，这一技术就是将“金属3D打印技术”和“铸锻铣一体化机床技术”两部分结合起来，通过改进金属3D打印技术的缺陷，对其制造的金属材料能够进行特殊的高强度锻打，最终造出世界上独一无二的3D打印锻件。而且由于3D打印的速度和精准度也远超于传统机床，这也省去了传统制造流程中铸造和铣削的环节。如此一来，整个制造过程就大大缩减。缩减到什么地步呢？这是传统制造技术的制造流程，这是有了铸锻铣一体化金属3D打印机床后的制造流程。就是这样一台设备，不仅可以独立完成从金属丝材到锻件的制造，还能缩短制造周期40%~70%。最重要的是，其产品强度和精度还远胜于以往。因此，中国掌握的“铸锻铣一体化3D打印”技术可以说是一种颠覆性的工业技术。
而中国之所以能拥有这项技术，有一对夫妻功不可没！他们就是华中科技大学的张海鸥教授和她的妻子王桂兰教授。早在2009年，在机械学院任教的张海鸥，就开始构想让金属3D打印制件具备锻件性能，从而应用于高端制造领域。而彼时，3D打印虽已发展近30年，但由于没有锻造环节，制件的性能质量都远远落后于锻件，极易产生变形、裂缝等缺陷。而这一难题，也让世界各国的机械学家以及材料学家头疼。但是面对这种困局，张海鸥教授并没有退缩，毅然决然的组建了团队，开始实践“铸锻铣一体化”的构想。在此过程中，为了改善实验条件恶劣、研究经费短缺的问题，张海鸥教授的爱人王桂兰毫不犹豫拿出家中仅有的积蓄全力支持他。并且凭借着自己材料学的基础，也参与到项目之中。当时夫妇两人，为了加快项目进度，索性搬来一张行军床，直接住在实验室中。学生们都是“四班倒”，而两位教授却始终“在一线”。这样艰苦奋斗的精神，也让夫妇俩被学校师生们亲切称为华科“居里夫妇”。
功夫不负有心人，2010年，大型飞机蒙皮热压成形模具的诞生，验证了张海鸥在3D打印中复合锻打的可行性。其后，该技术不断完善，2016年，张海鸥团队终于研发出微铸锻同步复合设备，并打印出了全球第一批锻件：铁路关键部件辙叉和航空发动机重要部件过渡锻。此消息一出，立即在全球3D打印领域取得了空前反响。连国际权威3D打印杂志《乌勒斯报告》都对此技术赞不绝口。之后美国通用和欧洲空客还曾主动上门来商谈购买事宜和技术合作，甚至是三顾茅庐，但都被张海鸥拒绝。直到这项技术被我国列入国家限制出口目录后，这些国外公司才终于断了念想！
答案是，能帮助中国高端机床打破垄断。之前我们曾详细聊过，中国的高端机床现状。作为世界上最大的工业国家，中国对于机床这个“工业母机”的需求巨大。早在2009年，中国就已经成为全球机床最大的产销国，到了2019年，中国机床的消费总额更是高达223亿美元，占据了全球四分之一以上的机床市场。但遗憾的是，由于受到国外的技术封锁，国产机床产业“大而不强”。尤其是高端机床市场，严重被卡脖子。甚至90%以上的高端数控机床都依赖进口。这就导致，我国制造业的高端转型之路困难重重。而如今，“铸锻铣一体化金属3D打印技术”的出现，终于让我国在高端机床领域有了破局希望。
这可不是大东在无脑尬吹。因为早在2016年，中国这款“铸锻铣一体化的3D打印机”，就已经打印出了C919的主要承重件，之后又成功打印出应用于船舶重工等国之重器的大型泵喷推进器桨叶，实现了复杂曲面构件的一体化复合快速制造，解决了3D打印技术中大尺寸零件制造中的“卡脖难题”。近年来，张海鸥夫妇和他们的团队，已经相继成功打印出大型飞机航空发动机的高温合金机匣、铝合金机匣、钛合金叶轮等高端装备构件。毫不夸张的说，这款世界上独一无二的超级“3D打印机”，已经有望成为中国解决航空制造领域“心脏病”的神兵利器。你说中国应不应该限制出口？来评论区留下你的答案！
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