華中科技大學張海鷗教授帶頭研發(fā)，具有自主知識產權的鑄鍛銑一體化3D打印數控機床。曾獲得多項國內外大獎，美國公司3次求購被拒，這個數控機到底為什么這么牛？

數控機床是什么？

我們都用打火機燒過塑料，融化的塑料像液體一樣，可以隨便改變形狀，這就是3D打印數控機床最初級的原理。在20世紀80年代，日本研究員拿來兩種塑料加熱成液態(tài)，通過自動化設備一點點的像擠牙膏一樣擠出個三維塑料模型。這是最早的3D打印的應用。

當時的工藝只能融化塑料做零件，隨著科技的發(fā)展，3D打印數控機床慢慢可以融化金屬做零件了，方式和電焊類似，將熔絲融化進行焊接。不過3D打印數控機床更加高端，可以融化金屬直接制作需要的零件。前期只需要在電腦上，用CAD等繪圖軟件設計好，植入3D打印數控機床系統(tǒng)，程序開始自主學習，并操控機器手臂進行打印，通過OCR，也就是智能視覺識別系統(tǒng)的紫外線或者激光校準測量系統(tǒng)，自主判斷打印的零件是否存在瑕疵，并進行修改。

金屬打印需要高溫，對于熱源的溫度要求就比較苛刻，一般可以用激光加熱、光子束加熱、等離子加熱，但金屬融化過程中容易受到溫度、大氣、環(huán)境等諸多因素的影響。造出來的零件會特別軟，俗稱金屬抗疲勞性嚴重不足，而且這樣造出來的零件會存在裂紋、疏松、氣孔、或者壓根不能成型，這就是一般3D打印數控機床的毛病，只能造個外形沒有“內涵”。那如何才能解決這個問題？關注我，了解更多中國科工的真相。

考慮到現在3D打印數控機床的局限性，張海鷗教授團隊研究了一臺鑄鍛銑一體化3D打印數控機床。目的是制造出有外形又有“內涵”的零件，鑄鍛銑一體化3D打印數控機床融化金屬使用的是電弧產生的等離子體，優(yōu)點是光源便宜，溫度高，但是缺點是溫度比較難控制，等離子容易把金屬融化成液態(tài)，成不了型。

一般情況下可以通過降低電流，使等離子體的溫度下降，進行鑄造。但是打印速度也會下降，張教授決定不給焊槍降溫，而是給融化的金屬降溫，在焊槍口，加裝一套智能降溫系統(tǒng)，通過OCR和溫度感應設備，盯著整個打印過程，有什么變化，馬上給金屬進行降溫或者升溫，完成鑄造過程。

有了外形還不夠，因為這樣的零件比較軟，根本不具備功能性，而古時候鐵匠鍛刀，都需要拿錘子砸擊，提高金屬的韌性，張教授想到的“錘子”是激光脈沖，脈沖可以產生動能，進行鍛造，接著只需要增加一個刀具。就這樣，可以進行切削和打磨，把鑄造、鍛造、切銑為一體的3D打印數控機床被制造出來了。

但考慮到有些零件是合金，需要對兩種及以上的金屬融化焊接，兩種金屬的熔點肯定不一樣，利用智能降溫系統(tǒng)，增加了智能輔助系統(tǒng)，調整系統(tǒng)的靈活性，終于制造出高精度的鑄鍛銑一體化3D打印數控機床。

聽著很厲害，但你知道嗎，我們國產機床的發(fā)展并非一帆風順。

中國數控機床如何邁向高端?

在張海鷗教授的3D打印數控機床出現之前，我們傳統(tǒng)數控機床和歐洲產品存在代差，目前我國數控機床企業(yè)主要在中低端市場，低檔數控機床占有率約85%，中檔數控機床占有率約66%，高檔數控機床僅約7%，也就是，93的高端機床市場都被外國產品占據了。一旦西方斷供，我們就會面臨卡脖子的局面。要知道，我國可是第一大機床市場，很多外國機床企業(yè)在中國賺得盆滿缽滿，但我們國家的企業(yè)卻很艱難。關注我，了解更多中國科工的真相。

數控機床最核心的零件就是電動主軸，最優(yōu)秀的企業(yè)在德國、瑞士和英國，機器臂的打印和切削都是通過滾珠絲杠的旋轉，控制著傳動精度，對機床上的刀具控速，機械臂的移動導軌則是控制著加工精度，德國高級數控機床的誤差一般小于0.001mm,而我們大概在0.002mm，雖然看著差不多，但精密加工是不會允許這樣一個看起來非常小的誤差存在的。

這幾年我們數控機床的技術發(fā)展很快，主要一個原因就是制造業(yè)的高速發(fā)展，讓我國成了世界加工廠，市場不斷擴大，國外車床的價格居高不下，龐大的市場需求促使很多國企和民企開始研發(fā)機床，低端的數控機床便宜，發(fā)展最快，因為用得最多，反饋得也多，所以發(fā)展迅速。

中端市場曾一度被日本發(fā)那科壟斷，但是這幾年隨著我國產品的升級，加上國產的價格比日本的還要便宜，很多企業(yè)開始選擇國產品牌，用得多升級就快，我國中端機床在世界很有競爭力。

高端市場拼的就是底蘊，包含了冶金工藝、測量器件、數控銑頭、數控系統(tǒng)、刀具等，高端市場都被歐洲壟斷，但是我國高端機床也在不斷進步，原因就是國家級項目比較多，這些大項目不敢用國外的產品，所以也促進國內高端機床的發(fā)展，但區(qū)別是穩(wěn)定性和制造速度，這和德國還有較大差距，我們生產的殘次品多，效率低，用于軍工是可以的，因為軍工產品是不考慮成本的，但是商用就不行了。

低端沒利潤、中端又內卷，高端沒市場，干著最辛苦的活兒，卻拿著最少的錢，這就是現在國產機床面臨的困境。鑄鍛銑一體化3D打印數控機床，能改變這種局面嗎？

作為一個靠譜的科普作者，我可以告訴大家，鑄鍛銑一體化3D打印數控機床的橫空出世，確實讓我們在高端數控機床領域有了一枚特別的定海神針，因為傳統(tǒng)領域我們確實很難超車，尤其是德國、意大利還有瑞士在高端機床牢牢占據頭部市場，日本所謂的“工匠”精神，也沒有讓他們的技術超越歐洲，甚至被我們甩在身后。

現在有了這款3D打印數控機床，我們實現了“彎道超車”。和傳統(tǒng)高端數控機床最大的區(qū)別是，數控機床做的是減法，把模具切削成自己需要的產品，但是3D打印數控機床是直接鑄造出需要的產品，是加法。

鑄鍛銑一體化3D打印數控機床，打印的通用零件，經過測試，甚至比國外高級數控機床直接切削的零件質量還好，目前中航科、商飛、中航發(fā)、中航空等國內頂尖科研單位，已經開始使用。咱們殲20的發(fā)動機、直-20的傳動器、運20都在使用，還可以打印專用零件，航發(fā)的葉輪、“復興”號的傳動軸、C919的復合材料，比起高級數控機床制造的還要好。

“十四五”和“中國制造2035”明確了制造業(yè)轉型升級，未來對高端機床的需求肯定是持續(xù)擴大的，尤其是航空航天、核電與能源、電子與信息、船舶與動力、武器和通信等重點領域，對于高鑄鍛銑一體化3D打印數控機床的需求是嗷嗷待哺。

很多歐美公司慕名而來，包括美國通用、波音、空客一眾知名巨頭，國外目前沒有鑄造銑一體化3D打印技術，也沒這方面的技術儲備，開發(fā)也需要一段時間，還避不開我們的專利，當然這些公司買我們的3D打印數控機床目的，就是希望提高零件的質量，但都被張教授拒絕了。為什么拒絕？很簡單，這種核心技術當然是要掌握在自己手里。

不知道美國被拒絕的時候，心里是何感想？美國在芯片、光刻機、5G、航空航天等方面對中國進行封鎖的時候，不知道有沒有想過有一天自己也會嘗到這種滋味？所謂多行不義必自斃，說的大概就是美國吧。