上圖 張海鷗、王桂蘭夫婦。

張海鷗團隊演示金屬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，該校數字制造裝備與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室工藝方向學(xué)術(shù)帶頭人，東京大學(xué)工學(xué)博士。曾主持完成20多項國家自然科學(xué)基金、863計劃、國防預研等課題，先后獲20項國內發(fā)明專(zhuān)利和1項國際發(fā)明專(zhuān)利。

　　弧光留下刺眼的烙印

　　無(wú)怨，那是冬日唯一的火種

　　烤炙著(zhù)漫天的雪花

　　照亮著(zhù)拓路者前行

　　更傳承著(zhù)格物致知

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　　這是一首節選自《奮斗者之歌》的小詩(shī)，作者為華中科技大學(xué)碩士龔巨秋。他說(shuō)，這首詩(shī)是送給他的導師、華科著(zhù)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師艱難探索的紀實(shí)。

　　春節里，華科機械學(xué)院數字制造裝備與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室的實(shí)驗基地中，張海鷗團隊仍在加緊制造一批應用于航空領(lǐng)域的高端金屬鍛件。春節前，該團隊攜金屬3D制造技術(shù)和歐洲空中客車(chē)公司簽署了科研項目合作協(xié)議。這意味著(zhù)，在不久的將來(lái)，空客飛機包括機翼、發(fā)動(dòng)機等在內的飛機零部件將可能實(shí)現中國打印。

　　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，我當時(shí)就是這樣上當的�！闭勂甬斈�，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)，他想繼續學(xué)習軋鋼技術(shù)，但日本導師卻指點(diǎn)道：“這方面的技術(shù)，日本已經(jīng)研究得差不多了�！币徽Z(yǔ)驚醒夢(mèng)中人，張海鷗隨即轉向，開(kāi)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”，王桂蘭這樣形容當年?yáng)|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(kāi)始準備自己和丈夫第二天的飯菜。除完成導師布置的科研任務(wù)外，他倆博覽群書(shū)，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(mǎn)了31個(gè)大箱子，這些資料都是為回國教學(xué)與研究做準備的。

　　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�！爱敵趸貒鴷r(shí)，清華大學(xué)、上海交大也發(fā)了邀請，我的叔叔、北航機器人院士張啟先建議我們去華科開(kāi)展機器人應用材料成形加工的探索研究。后來(lái)，華科原校長(cháng)周濟院士專(zhuān)門(mén)找我們深談。最終，我們選擇留在這里�！睆埡ｚt說(shuō)。

　　張海鷗深有感觸地說(shuō)：“我父母都是革命老干部，可能受他們的影響吧，我覺(jué)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∽≡�，他倆去醫院探望，每次二老都攆他們回校，囑咐他們“不要浪費了時(shí)間，要努力工作，報效祖國”。

　　當時(shí)，實(shí)驗室條件非常艱苦，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)驗室，可是兩位教授卻從早到晚都堅守在第一線(xiàn)。他們甚至專(zhuān)門(mén)買(mǎi)了行軍床，攻堅階段就睡在實(shí)驗室。常年的艱苦奮斗，導致兩位教授的身體常年處在亞健康階段。

　　經(jīng)過(guò)不懈努力，他們帶領(lǐng)團隊用了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(kāi)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 )，但應用等離子技術(shù)來(lái)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，并應用到許多關(guān)系國計民生的領(lǐng)域，如汽車(chē)模具制造、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機高溫零部件制造等。

　　當時(shí)，金屬3D打印出的制件表面比較粗糙，無(wú)法直接當零件使用，需做后續機械加工，遇到復雜制件更是幾乎不可能實(shí)現。張海鷗帶領(lǐng)團隊反復實(shí)驗，在金屬3D打印中復合了銑削，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(zhuān)利。同時(shí)，在高溫零部件的制造上，他帶領(lǐng)團隊將原先需要5道工序才能完成的加工集成為一道工序。在轎車(chē)儀表板模具制造上，他們將制造時(shí)間從原來(lái)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用于豐田轎車(chē)儀表板模具制造。

　　張海鷗團隊創(chuàng )新的步伐并未停止。2009年，他開(kāi)始構想如何讓金屬3D打印制件具備鍛件性能，使之能應用于高端領(lǐng)域�！昂芏嗤�行在這里受阻或認可了3D打印不能打印鍛件的論斷�！睆埡ｚt偏偏要去挑戰這樣一個(gè)大家都覺(jué)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晶鍛件組織性能。

　　“研發(fā)過(guò)程是痛苦的�！睆埡ｚt說(shuō)，有段時(shí)間問(wèn)題不斷，前面問(wèn)題剛解決，新問(wèn)題又冒出來(lái)，加之2012年前國內外對3D打印并不看好，幾乎得不到支持。但張海鷗沒(méi)有放棄，他堅信這項技術(shù)具有戰略?xún)r(jià)值。他帶領(lǐng)團隊從早到晚在實(shí)驗室反復實(shí)驗、不斷試錯。2010年，大型飛機蒙皮熱壓成形模具的誕生，驗證了張海鷗在3D打印中復合鍛打的可行性。其后，該技術(shù)不斷完善，打印出飛機用鈦合金、高溫合金、海洋深潛器、核電用鋼等高端金屬鍛件，其穩定性能均超過(guò)傳統制件。

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

　　進(jìn)入實(shí)驗基地，一臺長(cháng)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(lái)回移動(dòng)，材料從3D打印針頭中被擠出來(lái)，物料在這一過(guò)程中被一層一層疊加成形，同時(shí)高溫熱處理，軋輥沿著(zhù)熔積方向對熔積層鍛造，最后銑削成形。

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

　　2016年7月份，張海鷗團隊研發(fā)出微鑄鍛同步復合設備，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)機重要部件過(guò)渡鍛。專(zhuān)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，傳統工藝的材料利用率僅為5%。且無(wú)需大型鑄鍛銑設備和模具，通過(guò)計算機直接控制鑄鍛銑路徑，大大降低了設備投資和運行成本。

　　“異想天開(kāi)”成就領(lǐng)跑地位

　　與發(fā)達國家相比，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(shuō)，目前由“智能微鑄鍛”打印出的高性能金屬鍛件，已達到2.2米長(cháng)，約260公斤，最大尺寸達2200毫米和1800×1400×20毫米，大小是歐美國家能夠打印出來(lái)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�，F有設備已打印飛機用鈦合金、海洋深潛器、核電用鋼等8種金屬材料。

　　令人難以置信的是，這項技術(shù)竟是張海鷗夫婦爭論爭出來(lái)的。王桂蘭教授說(shuō)，七八年前，張海鷗首次向她提出“鑄鍛銑一體化”構想，她認為這是異想天開(kāi)，兩人還爭論了一場(chǎng)。張海鷗笑著(zhù)說(shuō)：“這不怪她，誰(shuí)叫鑄、鍛、銑分離技術(shù)存在了上千年，要改變談何容易？”不過(guò)爭歸爭，張海鷗的設想打開(kāi)了王桂蘭的思路，她最后還是帶著(zhù)10多個(gè)學(xué)生展開(kāi)實(shí)驗，“當時(shí)想著(zhù)要是行不通，也至少可以讓他死心”。王桂蘭說(shuō)。

　　研發(fā)過(guò)程失敗了很多次，他們也爭論了很多次。王桂蘭笑著(zhù)說(shuō)，“但之后，我又會(huì )不自覺(jué)地按他的思路繼續試，錯了就繼續爭，爭完再接著(zhù)干�！狈驄D倆夜以繼日地研發(fā)，全身心地投入到實(shí)驗中，15年來(lái)幾乎天天吃食堂，家里廚房一年用不了幾次。

　　反復實(shí)驗、不斷試錯之后，研究方向愈加清晰。2012年，張海鷗團隊承接了西安航空動(dòng)力股份有限公司委托的制造發(fā)動(dòng)機過(guò)渡段零件任務(wù)。鑒定認為，張海鷗團隊制造的產(chǎn)品與歐洲航天局的項目指標和數據相比，抗拉強度、屈服強度、塑性指標分別超過(guò)航空標準鍛件的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(guò)去需要3個(gè)月以上，現在僅需10天左右。

　　張海鷗團隊在成功研發(fā)出該技術(shù)后，并未讓技術(shù)躺在實(shí)驗室里“睡大覺(jué)”，而是通過(guò)建立產(chǎn)業(yè)化基地——天昱公司開(kāi)展技術(shù)轉化和推廣。

　　目前，在我國研制的新型戰斗機上，一種新型復雜鈦合金接頭已經(jīng)使用了該技術(shù)；航天某院也開(kāi)展了和張海鷗團隊的相關(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(kāi)始搶灘該領(lǐng)域。美國通用和空客紛紛上門(mén)洽談合作�？湛凸�司中國區COO弗蘭索瓦·麥瑞表示，通過(guò)與張海鷗團隊的合作，能使空客公司制造技術(shù)取得更大的突破，繼續保持其商用飛機制造領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位。（經(jīng)濟日報記者  魏勁松 通訊員 王瀟瀟）

　　【點(diǎn)評】

    重視“小草”的大創(chuàng )新

    張海鷗和他的團隊火了。自去年7月份他發(fā)明的3D金屬制造技術(shù)公布以來(lái)，業(yè)內高度關(guān)注，就連空中客車(chē)公司、美國通用電氣公司這樣的國際標桿企業(yè)也不遠萬(wàn)里，前來(lái)與其洽談、簽約。來(lái)自全球制造業(yè)領(lǐng)軍者的肯定，無(wú)疑是對這項創(chuàng )新技術(shù)的高度認可。

　　但是，網(wǎng)絡(luò )上對這一技術(shù)的評價(jià)卻呈現兩極化。大部分網(wǎng)友評價(jià)正面、積極，但也有少數質(zhì)疑聲音，例如，“懂行的都知道沒(méi)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”。而在剛剛結束的國家增材重點(diǎn)專(zhuān)項評審中，張海鷗團隊竟然落選了。那廂，是國際標桿企業(yè)的熱捧，這廂，卻是評選結果名落孫山。其中的信息，值得品味。

　　像絕大多數一線(xiàn)科研工作者一樣，張海鷗沒(méi)有過(guò)高的行政職務(wù)，也沒(méi)有耀眼的光環(huán)，甚至從未拿過(guò)單項金額超100萬(wàn)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一線(xiàn)科技工作者的寫(xiě)照與常態(tài)。

　　不過(guò)，張海鷗和他的團隊有一股“不服輸”的精神，其3D金屬制造技術(shù)更不可小視。首先，這項技術(shù)首次將分離數百年的鑄造、鍛壓、焊接與熱處理合而為一，實(shí)現了“鑄鍛銑一體化”。其次，這項技術(shù)將3D打印變?yōu)?D制造。3D打印技術(shù)問(wèn)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。張海鷗團隊打出首個(gè)3D鍛件，且零件多個(gè)性能高出傳統鍛件，這無(wú)疑是一次重大突破。最后，這一技術(shù)能制造出超過(guò)1米的大型鍛件，朝著(zhù)推廣應用再進(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(wàn)次的試驗測試，需要無(wú)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。但創(chuàng )新最不需要的，就是問(wèn)出處、比出身、拼資歷、論大小。用創(chuàng )新成果和市場(chǎng)反應之外的標準去評判創(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國比肩而立。要實(shí)現這個(gè)不小的目標，沒(méi)有大量敢創(chuàng )新、愿創(chuàng )新、能創(chuàng )新的“小草”，不行！沒(méi)有大量顛覆性的技術(shù)革新，不行！沒(méi)有鼓勵創(chuàng )新、呵護創(chuàng )新的氛圍，不行！論資排輩分項目、建基地，那更不行！

　　有人說(shuō)，創(chuàng )新之花，人們往往驚羨它現時(shí)的明艷。然而當初，它的芽?jì)簠s浸透了奮斗的淚泉，灑滿(mǎn)了犧牲的血雨。的確如此。在創(chuàng )新已無(wú)比緊迫的當下，倘若有更多的人，愿意把驚羨的時(shí)間與精力放在呵護嬌嫩、脆弱的創(chuàng )新之花上，相信，將有更多明艷的花兒競相開(kāi)放。（原文來(lái)源：經(jīng)濟日報 作者：胡文鵬）