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喜報!我院史玉升教授團隊成果榮獲“國家科技進步二等獎”

發布時間:2019-01-10 編輯:李婷 來源: 瀏覽次數:

1月8日上午,2018年度國家科學技術獎勵大會隆重召開。材料學院史玉升教授團隊完成的“復雜零件整體鑄造的型(芯)激光燒結材料制備與控形控性技術”獲國家科技進步二等獎。

團隊成員還包括我院周建新教授、閆春澤教授、李中偉教授、殷亞軍副教授。

項目組采用激光選區燒結(SLS)整體成形復雜型(芯),創新鑄造過程調控方法,以實現高性能復雜零件的整體鑄造。項目包括三個創新點

1、高性能型(芯)SLS粉末及制備方法;

2、復雜型(芯)SLS過程在線測量與形性調控方法;

3、復雜零件整體鑄造的變形、夾渣和孔松等定量預測與工藝優化方法。

基于上述創新成果,創建高性能復雜零件的整體鑄造成套技術,突破了航空發動機機匣、航天發動機渦輪泵等高性能復雜零件的整體鑄造難題。

項目獲發明專利24項、軟件著作權13項。專家鑒定“總體技術達到國際先進水平,部分指標國際領先”。成果應用于中國航發、西安航天發動機等國內外數百家單位,取得了顯著的經濟和社會效益。獲省部級一等獎2項,引領了我國鑄造行業技術進步,大幅提升了國際競爭力。

 

汽車在路上飛馳,

飛機在天空翱翔,

艦船在海面航行...

這些場景你可能已司空見慣,

但你是否了解這些“鋼鐵俠”的內部構造?

例如,飛機發動機的機匣長啥樣?

它又是如何被制造出來的?

我校材料學院史玉升教授團隊

長期致力于3D打印技術的研究,

他們的研究成果,

剛剛獲得了國家科技進步二等獎。

來聽聽他們如何用新技術破解制造難題吧!

在材料學院,史玉升團隊數十年如一日,希望用3D打印技術改造和提升傳統制造技術,化繁為簡,變難為易,解決復雜構造零件的制造難題。

1991年,從原華中理工大學校長、機械制造專家黃樹槐主持成立快速制造中心開始,3D打印技術的研究和應用就在我校拉開帷幕。史玉升介紹說,3D打印可以解決許多傳統制造技術難以解決的問題?!氨热缯w成形復雜的鑄造型(芯),用3D打印就比傳統制造技術來得快,且省錢?!?/p>

隨著航空航天、汽車等領域高端裝備對性能要求的不斷提高,其關鍵零件也逐漸向復雜化、整體化方向發展。團隊意識到,鑄造是復雜金屬零件成形的主要方法,但其傳統模具工藝難以甚至無法整體成形復雜鑄造型(芯);而3D打印雖然可成形任意復雜結構,但在直接制造金屬零件時存在材料種類有限、性能難控制等突出問題。他們的研究面臨著新的“攔路虎”。

知己知彼方能百戰不殆,多年來的研究基礎,讓團隊很快有了新的解題思路。他們大膽地決定將3D打印和傳統鑄造工藝結合起來,取其優勢進行創新?!坝?D打印無模整體成形鑄造用的復雜蠟模、砂型(芯)、陶瓷芯,再用數值模擬手段科學確定最優的澆冒口和工藝參數。我們希望通過兩者相結合的方式,從而達到高性能復雜零件整體成功鑄造的目的?!笔酚裆榻B說。

這是一個多學科交叉的項目,需要團隊成員通力合作。于是,大家化整為零,各自攬了一攤,抓緊干。史玉升負責總體技術方案制定,周建新教授負責零件整體鑄造數值模擬技術的研發,閆春澤教授負責鑄型(芯)3D打印材料的研發,李中偉副教授負責逆向設計、3D打印過程在線測量與形性調控、鑄型(芯)及其鑄件精度檢測技術的研究。團隊成員各自發揮所長,一點點啃這塊硬骨頭。

“我們需要的鑄型(芯)材料不僅能3D打印,還要能滿足鑄造工藝要求,只能根據理論先設計篩選,然后一遍一遍試驗?!遍Z春澤介紹道。史玉升笑著說,多年來,他常常在實驗室一呆就是一整天,和團隊成員一起見過喻家山早上6點的朝陽,也見過校園夜晚12點的星空,埋頭苦鉆技術問題的日子過得既辛苦又充實。

經歷了鑄型(芯)材料及其3D打印工藝研發、鑄造工藝優化設計、鑄造過程模擬計算、性能評價、應用驗證、產業化推廣等階段的反復迭代過程,團隊也從最開始的十幾人發展到百余人。1月8日,團隊取得的成果復雜零件整體鑄造的型(芯)激光燒結材料制備與控形控性技術榮獲2018年度國家科技進步二等獎。此刻,距離90年代初,團隊與3D打印的第一次觸碰已過去了20余年。

如今,團隊創建的高性能復雜零件的整體鑄造成套技術,突破了航空發動機機匣和單晶葉片、航天發動機渦輪泵、汽車發動機缸體缸蓋等高性能復雜零件的整體鑄造難題,支撐了大飛機、新一代重型火箭、高性能輕量化汽車等高端裝備的研制。

團隊的成果也贏得了國內外專家的贊譽。英國增材制造中心主任R. Hague、國際光學工程學會會士S. Zhang、美國愛荷華大學凝固實驗室主任C. Beckermann對團隊項目成果分別給出了很高的評價:“材料制備方法可顯著提升SLS成形件性能”“提出了更強大的三維形面測量技術”“鑄造過程自動優化算法大幅提高了鑄造數值模擬的有效性”。專家鑒定“總體技術達到國際先進水平,部分指標國際領先”。

技術的研發需要長期堅持,成果的產業化和推廣更不能放松。直到現在,團隊負責人史玉升一周恨不得有5天都需要在外奔波,但是他卻甘之如飴。他自豪地說,如今他們的成果不僅應用于中國的航空航天、汽車等眾多領域,而且還出口國外。

“現在,我們陶瓷激光燒結3D打印裝備的最大臺面已經做到了1.7米,可以整體成形最大尺寸為1.6米多的陶瓷零件,我們正在討論最大臺面為5米的陶瓷激光燒結3D打印裝備的設計方案。等我們把5米臺面裝備做出來后,就嘗試做10米的?!笔酚裆p手一揮,試圖比劃一個10米的大圓。說起這些,他的雙眼閃閃發亮,滿懷信心和希望。未來,他將帶領團隊開啟新的征程。

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