前言

說(shuō)起卡脖子技術(shù)，很多人第一時(shí)間想到的都是光刻機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)和芯片，好像科技的頂端的博弈就只有這些。

事實(shí)上，這些確實(shí)重要，但并非全部，中國(guó)手里還有一項(xiàng)低調(diào)卻關(guān)鍵的王牌技術(shù)，讓美國(guó)都坐立不安——那就是華中科技大學(xué)張海鷗教授團(tuán)隊(duì)的鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)。

它能徹底改變飛機(jī)和火箭等裝備的制造方式，把曾被國(guó)外壟斷的關(guān)鍵零部件牢牢掌握在中國(guó)手里。

美國(guó)曾三次高價(jià)求購(gòu)都被拒，技術(shù)還被列入禁止出口清單，那么，這項(xiàng)技術(shù)到底有多厲害？

鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)

在當(dāng)下的輿論場(chǎng)里，提到國(guó)家之間的科技角力，絕大多數(shù)人的視線都被牽引到了幾個(gè)微米甚至納米級(jí)別的領(lǐng)域。

人們焦慮于光刻機(jī)的光源，擔(dān)憂高端芯片的制程，仿佛大國(guó)博弈的輸贏，完全取決于誰(shuí)能在一塊指甲蓋大小的硅片上刻出更細(xì)的紋路。

這種對(duì)“算力”和“信息”的過(guò)度聚焦，往往讓我們忽略了工業(yè)文明的另一條大動(dòng)脈——那是關(guān)乎“承載”和“強(qiáng)度”的硬功夫。

實(shí)際上，真正能決定一個(gè)國(guó)家飛得多高、潛得多深、打得它國(guó)不敢造次的，除了大腦里的芯片，更要有肢體上的“硬骨頭”。

把目光從顯微鏡下的微觀世界移開(kāi)，投向轟鳴的重工業(yè)車(chē)間，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，在飛機(jī)起落架、重型運(yùn)載火箭連接環(huán)、核電站核心部件這些大家伙的制造上，中國(guó)曾經(jīng)面臨的“卡脖子”痛楚，一點(diǎn)也不比芯片少。

而在武漢喻家山下，有一項(xiàng)低調(diào)到幾乎鮮為人知的技術(shù)，默默磨劍二十載，最終逼得西方從試圖高價(jià)收購(gòu)到只能眼紅仰望，它就是張海鷗教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術(shù)”。

要理解這項(xiàng)技術(shù)的含金量，先得看看傳統(tǒng)的高端金屬加工有多“笨”，在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，無(wú)論是中國(guó)的殲-20要想做核心承力結(jié)構(gòu)，還是C919大飛機(jī)要造主起落架，都逃不開(kāi)一條既昂貴又漫長(zhǎng)的老路。

傳統(tǒng)的工業(yè)邏輯是做“減法”和“整形”，想要一個(gè)特定形狀的高強(qiáng)度零件，你得先搞來(lái)一大塊幾十噸重的高品質(zhì)金屬鑄坯，扔進(jìn)高溫爐里燒得通紅，再搬到萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)下一頓猛砸，靠著巨大的壓力把金屬內(nèi)部的縫隙壓實(shí)，這就叫鍛造。

這還沒(méi)完，鍛造好的毛坯還得搬上五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，一點(diǎn)點(diǎn)把多余的部分削掉，這個(gè)過(guò)程，簡(jiǎn)直就是“燒錢(qián)換性能”的代名詞，原本巨大的鈦合金毛坯，最后能真正留在飛機(jī)上的部分，往往連原材料的十分之一都不到，剩下的90%全是廢料。

更要命的是周期，造這么一個(gè)大家伙，動(dòng)輒好幾個(gè)月，甚至按年計(jì)算，而且，這里面有一個(gè)極高的門(mén)檻——超大型模具和萬(wàn)噸級(jí)鍛壓機(jī)，誰(shuí)掌握了這些核心設(shè)備，誰(shuí)就掌握了大型裝備制造的“入場(chǎng)券”。

在這個(gè)領(lǐng)域，歐美俄曾長(zhǎng)期占據(jù)壟斷地位，你想多造？排隊(duì)，你想定制？加錢(qián)，甚至核心的模具技術(shù)，人家壓根就不賣(mài)給你。

難道就沒(méi)有別的路可走？這正是上世紀(jì)90年代中期，華中科技大學(xué)張海鷗教授腦子里揮之不去的問(wèn)題。

攻克技術(shù)

當(dāng)時(shí)，3D打印（增材制造）的概念剛開(kāi)始冒頭，這是一種全新的“加法”制造邏輯——想要什么形狀，就堆什么形狀，不再需要巨大的模具，也不需要削掉90%的材料。

聽(tīng)起來(lái)很美好，但早期的金屬3D打印有個(gè)致命的軟肋：它是“虛胖”，以前的金屬3D打印，多半是用激光去燒金屬粉末，做出來(lái)的東西，形狀確實(shí)可以極其復(fù)雜，甚至能做出精巧的鏤空結(jié)構(gòu)，但也就是看著好看。

一旦拿到顯微鏡下一看，內(nèi)部晶粒粗大，甚至布滿肉眼看不見(jiàn)的微小氣孔，這種材料，做個(gè)手辦模型或者非受力件還行，要是敢用在承受幾百噸沖擊力的飛機(jī)起落架或者火箭受力環(huán)上，那就是拿航天員的生命開(kāi)玩笑。

所以，當(dāng)時(shí)的工業(yè)界有個(gè)不成文的偏見(jiàn)：3D打印出來(lái)的金屬，天生就是“軟骨頭”，成不了大器。

但這并沒(méi)有勸退張海鷗，相反，這種“死胡同”逼出了他一個(gè)極其大膽甚至略顯瘋狂的設(shè)想：既然打印出來(lái)的東西太松散，那是缺練，既然鍛造能讓金屬變結(jié)實(shí)，那是千錘百煉的結(jié)果。

那么，能不能把這兩件事湊到一起干？一邊把金屬熔化堆疊起來(lái)，一邊拿錘子猛砸？這個(gè)想法在2009年國(guó)家啟動(dòng)高檔數(shù)控機(jī)床重大專(zhuān)項(xiàng)時(shí)，迎來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)，但實(shí)施起來(lái)簡(jiǎn)直是地獄難度。

要知道，在傳統(tǒng)工業(yè)里，鑄造、鍛造、銑削，這是完全不同的三個(gè)行當(dāng)，分屬不同的車(chē)間，有著完全不同的溫度和環(huán)境要求。

要把這“三兄弟”強(qiáng)行塞進(jìn)一臺(tái)機(jī)器的肚子里，還得讓它們配合得天衣無(wú)縫，這無(wú)異于要求一個(gè)人同時(shí)在彈鋼琴、打拳擊還能穿針引線。

技術(shù)團(tuán)隊(duì)面臨的最大挑戰(zhàn)在于時(shí)序的極度精準(zhǔn)控制，在他們的設(shè)備里，并不是先把東西打印好再去砸，而是“趁熱打鐵”的極致版。

國(guó)產(chǎn)電弧槍剛剛把金屬絲融化，材料還處在半固態(tài)、也是可塑性最好的那零點(diǎn)幾秒里，旁邊的高頻微鍛裝置就必須立刻跟進(jìn)，“哐哐哐”一通微米級(jí)的鍛打。

這一錘下去，里面的氣孔直接被擠沒(méi)，裂紋被壓合，剛剛長(zhǎng)出來(lái)的粗大晶粒瞬間被打碎成極其細(xì)密的微小晶粒，等這一層冷卻下來(lái)，下一層金屬液又堆了上來(lái)，就這樣，打印一層、鍛造一層、再銑削一層，反反復(fù)復(fù)，層層遞進(jìn)。

為了把這條路走通，從1995年最初的設(shè)想到2009年的全力攻關(guān)，再到后來(lái)數(shù)不清的廢品堆成山，張海鷗夫婦和他的學(xué)生們幾乎把所有的時(shí)間都耗在了實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器旁。

這里沒(méi)有高端寫(xiě)字樓的咖啡香，只有刺眼的電弧光屬、金屬撞擊的噪音和從未散去的焦糊味，這種“微鑄鍛同步”的方法，徹底顛覆了西方的技術(shù)路線。

西方同行還在迷信昂貴的激光器和極其講究的金屬粉末時(shí)，中國(guó)團(tuán)隊(duì)直接用了最便宜的工業(yè)焊絲做原料，熱源也是最普通的電弧，成本直接從天上降到了地板上，甚至是傳統(tǒng)激光打印成本的幾十分之一。

直到2013年，第一批經(jīng)過(guò)金相驗(yàn)證完全合格的小樣件出爐，2016年，真正具備工業(yè)生產(chǎn)能力的整機(jī)問(wèn)世，當(dāng)這臺(tái)機(jī)器吐出一個(gè)又一個(gè)不僅形狀復(fù)雜、而且內(nèi)部組織致密得像經(jīng)過(guò)萬(wàn)次鍛打一樣的鈦合金構(gòu)件時(shí)，世界高端制造圈才真正被震動(dòng)了。

2018年，九位院士齊聚一堂，對(duì)著這項(xiàng)技術(shù)給出了八個(gè)字的評(píng)價(jià)：“國(guó)際首創(chuàng)、國(guó)際領(lǐng)先”，這并不是客套，因?yàn)橹钡侥菚r(shí)，國(guó)外的頂尖實(shí)驗(yàn)室還在走“先打印個(gè)大概、再搬去鍛造爐處理”的兩步甚至三步走的彎路，而中國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一體化。

這項(xiàng)技術(shù)一旦走出實(shí)驗(yàn)室，所釋放的能量是驚人的，對(duì)于C919的主起落架關(guān)鍵承力部件，以前那種“萬(wàn)噸鍛壓+大量切削”的笨辦法被終結(jié)了。

對(duì)于長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭直徑巨大的轉(zhuǎn)接環(huán)，不需要再去等待長(zhǎng)周期的模具定制，直接就能“生長(zhǎng)”出來(lái)，甚至，以前設(shè)計(jì)師敢想?yún)s不敢畫(huà)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)——那些為了減輕重量而設(shè)計(jì)的內(nèi)部網(wǎng)格，為了散熱而設(shè)計(jì)的蜿蜒冷卻通道，現(xiàn)在統(tǒng)統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)。

因?yàn)檫@臺(tái)機(jī)器在打印的時(shí)候，銑刀可以隨時(shí)介入把復(fù)雜的內(nèi)腔修整好，然后再封頂打印下一層，這是傳統(tǒng)鍛造怎么都做不到的“如虎添翼”。

這種降維打擊般的能力，意味著我們?cè)诤娇蘸教旌透叨搜b備的迭代速度上，獲得了一個(gè)極其恐怖的“倍增器”，別人還在為了驗(yàn)證一個(gè)新結(jié)構(gòu)排隊(duì)等鍛造毛坯的時(shí)候，我們可能已經(jīng)改了三版設(shè)計(jì)了。

從殲-20的鈦合金大型隔框，到衛(wèi)星的高精度支架，再到尺寸能達(dá)到12米×4米×3米的超大型金屬構(gòu)件，只要是你能設(shè)計(jì)出來(lái)的“硬骨頭”，它就能給你造出來(lái)，而且造得更快、更省、更強(qiáng)。

材料也不再局限于鈦合金，高溫合金、高強(qiáng)鋼、鋁合金甚至極其難搞的鎂合金，都能在這臺(tái)機(jī)器里乖乖聽(tīng)話。

西方國(guó)家多次求購(gòu)

這種改變游戲規(guī)則的技術(shù)，自然引起了大洋彼岸的高度警覺(jué)，那些老牌的西方工業(yè)巨頭太清楚這玩意兒意味著什么了——這不僅僅是一個(gè)新機(jī)器，這是對(duì)他們幾十年建立起來(lái)的基于“大鍛?！焙汀熬芗庸ぁ奔夹g(shù)壁壘的一次連根拔起。

于是，一波又一波的“求購(gòu)者”來(lái)了，報(bào)價(jià)單上的數(shù)字從最初的幾個(gè)億，一路飆升到超過(guò)三十億，但不管是多少錢(qián)，張海鷗教授的回應(yīng)始終只有一個(gè)態(tài)度：不賣(mài)，這不僅僅是個(gè)人的骨氣，更是對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略安全的清醒認(rèn)知。

這根本就不是一項(xiàng)可以用金錢(qián)衡量的商品，試想一下，如果這項(xiàng)技術(shù)流出，讓對(duì)手也掌握了這種低成本、高效率制造頂級(jí)金屬構(gòu)件的能力，那我們?cè)谛乱淮鷳?zhàn)機(jī)、火箭甚至核潛艇上辛苦建立起來(lái)的這點(diǎn)制造優(yōu)勢(shì)，瞬間就會(huì)被拉平。

這才是真正的核心競(jìng)爭(zhēng)力，是你有錢(qián)也買(mǎi)不到的時(shí)間壁壘。

國(guó)家層面的反應(yīng)同樣迅速而堅(jiān)決，2020年，商務(wù)部和科技部聯(lián)合調(diào)整發(fā)布的《中國(guó)禁止出口限制出口技術(shù)目錄》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。

到了2023年，相關(guān)的控制要點(diǎn)更是進(jìn)一步收緊，這相當(dāng)于給這項(xiàng)技術(shù)貼上了最高級(jí)別的封條，也向世界宣告：中國(guó)不僅僅是在追趕西方的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，我們正在開(kāi)辟一條全新的、屬于自己的工業(yè)賽道。

回過(guò)頭來(lái)看，我們總是習(xí)慣于盯著那些我們暫時(shí)落后的領(lǐng)域痛心疾首，卻往往忽略了在這些看起來(lái)“傻大黑粗”的基礎(chǔ)制造領(lǐng)域，中國(guó)科學(xué)家究竟付出了怎樣的心血。

如果說(shuō)光刻機(jī)決定的是未來(lái)的數(shù)字化生存空間，那么像“鑄鍛銑一體化”這樣的技術(shù)，決定的則是物理世界的生存極限。

它不顯山不露水，但當(dāng)我們?cè)谔炜罩酗w出從未有過(guò)的軌跡，在深海里潛入從未到達(dá)的深度時(shí)，背后撐腰的，正是這一錘一錘敲打出來(lái)的中國(guó)制造的“脊梁”。

結(jié)語(yǔ)

在這個(gè)喧囂的時(shí)代，張海鷗團(tuán)隊(duì)二十年的冷板凳，換來(lái)的是國(guó)家工業(yè)的一張王牌。

它告訴我們，真正的“大國(guó)重器”，不是靠甚至買(mǎi)來(lái)的，而是靠無(wú)數(shù)個(gè)日夜在車(chē)間里的死磕，硬生生從不可能的縫隙里“砸”出來(lái)的。

這種“卡不死的脖子”，才是我們面對(duì)風(fēng)云變幻最硬的底氣。

信息來(lái)源：

《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

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