王華明院士：國產(chǎn)大飛機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)用上國際領(lǐng)先的激光成形技術(shù)

作者：王華明，中國工程院院士，現(xiàn)任北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院教授、大型金屬構(gòu)件增材制造國家工程實(shí)驗室主任、國防科技工業(yè)激光增材制造技術(shù)研究應(yīng)用中心主任、航空科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗室(籌)航空材料與結(jié)構(gòu)首席科學(xué)家，是教育部長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、教育部創(chuàng)新團(tuán)隊和科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊帶頭人、國防973項目首席、北京高校教學(xué)名師，入選首批國家“高層次人才特殊支持計劃(萬人計劃)”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、首批新世紀(jì)百千萬人才工程國家級人選，獲全國五一勞動獎?wù)隆⒑娇請髧皙勔坏泉?、何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎和第四屆國防科技工業(yè)杰出人才獎。

他是中國“金屬3D打印”領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物。
他的激光增材制造技術(shù)，為運(yùn)-20、殲-15等國產(chǎn)大飛機(jī)和新型戰(zhàn)斗機(jī)提供了關(guān)鍵受力大型部件，做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。
他如何與3D打印結(jié)緣?面對科研攻關(guān)的種種難題，他為什么能舉重若輕?他快樂的源泉又是什么?
我們一起聽北航材料科學(xué)與工程學(xué)院王華明院士分享他的“奮斗”與“幸福”。

為祖國“飛天”

王華明院士

所有的幸福都是奮斗出來的。

我跟3D打印技術(shù)的緣分，可以說是始于1989年。當(dāng)時我在中科院金屬研究所讀博士后，采用激光熔凝手段修復(fù)發(fā)動機(jī)葉片，發(fā)現(xiàn)修復(fù)后的葉片性能比原來好。因為激光熔凝處理會使材料瞬間達(dá)到高溫，再快速冷卻，金屬內(nèi)部的晶粒就會非常細(xì)小，化學(xué)成分更均勻，性能自然更好。當(dāng)時我想，如果運(yùn)用激光熔凝技術(shù)制造葉片，跟傳統(tǒng)方法相比就會有質(zhì)的提升。

現(xiàn)在我們做的事，已經(jīng)持續(xù)了20多年，就是“鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”的研究和應(yīng)用。2012年，我們這項技術(shù)獲得了國家技術(shù)發(fā)明一等獎。我們很自豪地說，目前在這一領(lǐng)域我們的研究在國際上處于引領(lǐng)地位。

飛機(jī)、航空發(fā)動機(jī)等高端裝備中一些大型關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，用傳統(tǒng)方法制造是非常困難的，代價也是巨大的。3D打印的優(yōu)勢在于，不需要開模，質(zhì)量可靠，性能優(yōu)異，尤為重要的一點(diǎn)是，可以大幅實(shí)現(xiàn)零件“減重”，降低能耗。通過3D打印技術(shù)，既解決了科學(xué)前沿問題，又滿足了國家重大裝備制造需求，實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。

當(dāng)然，困難和問題也是如影隨形的。

舉個小例子，我記得那是2007年春節(jié)，我們?nèi)〉昧艘恍┘夹g(shù)突破，可以制作比較大型的裝備零件。開始的目標(biāo)是爭取臘月二十之前完成，但由于總出現(xiàn)各種問題，一直拖到除夕當(dāng)天下午。

那天，負(fù)責(zé)數(shù)控機(jī)床操作的張述泉買了回家過年的火車票，臨行前，他手把手教留京過年的方艷麗操作設(shè)備。加上我，團(tuán)隊技術(shù)人員剩下3個人，還有三個負(fù)責(zé)起運(yùn)零件的工人師傅，我們一起在實(shí)驗室里度過了一個“難忘”的春節(jié)。

除夕當(dāng)晚7、8點(diǎn)鐘，實(shí)驗終于成功了，零件制造完成，重量足有200公斤。由于激光3D打印溫度極高，在制造完成后必須馬上入爐進(jìn)行熱處理，不然溫度的劇烈變化極易造成零件開裂。但是，由于尺寸不合適，師傅們用了九牛二虎之力還是無法將零件放入熱處理爐中。

那是北京第一年恢復(fù)燃放煙花爆竹，很快，過年的鞭炮聲從四面八方響起來了，我們卻進(jìn)退兩難，面對終于成功的龐然大物一般的零件，內(nèi)心不知是喜是憂。這時，家人催促回家過年的電話鈴聲也響起來了，我冷靜一會兒，告訴大家：“不管了，先回家過年”。

我們最終還是沒有把零件放進(jìn)爐中，只能暫時放在實(shí)驗室，我和另一個老師一起走在回家的路上，除夕的校園寂然無人，只有零落的鞭炮聲，我的內(nèi)心像空了一塊，又像被揉皺了，非常糾結(jié)。初一早上，我吃了兩粒湯圓，趕快趕到實(shí)驗室，發(fā)現(xiàn)零件果然裂了，裂成了三段。我當(dāng)時想，這么大的零件，裂開的聲音一定像爆炸一樣，不知道有沒有人聽到。

再如，3D打印大型構(gòu)件存在內(nèi)應(yīng)力大的問題，容易造成零件開裂。我們嘗試了多種方法后仍然宣告失敗，最后用最簡單的物理學(xué)原理，先化整為零，再積零為整，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)應(yīng)力離散。

現(xiàn)在說起來，好像都十分簡單輕松，像是“事后諸葛亮”，但是當(dāng)時研究過程的艱辛和痛苦還是歷歷在目的。

王華明(右二)和團(tuán)隊成員查看3D打印的整體葉盤的質(zhì)量

做技術(shù)就是這樣，會遇到種種問題，失敗的時候會沮喪一會兒，但奮斗的過程是愉悅的，解決問題后又是非常興奮的?？粗约旱?D打印零件一毫米一毫米地長大，是一個非常美妙的過程。

2013年之后，我們慢慢從打印投影面積5平方米的零件，到今天打印投影面積超過16平方米的零件?，F(xiàn)在，看著自己制造的零件可以上天入海，我覺得自己苦熬的那些日日夜夜都沒有白費(fèi)?！帮w天”，這是多么大的幸運(yùn)和榮光!

我的團(tuán)隊核心成員大多是80后，風(fēng)華正茂，我們享受奮斗的快樂。大家心往一處想，勁往一處使，用“螞蟻啃骨頭”的精神工作，一點(diǎn)一滴收獲，當(dāng)然，最快樂的事情也正是在這里，為國家和民族奮斗，榮譽(yù)感、自豪感自不待言。

我的團(tuán)隊同事都是如此，工作最緊張的時候大家分成兩班，上夜班的同事好幾個月見不到太陽。劉棟才30多歲，頭發(fā)就都白了。方艷麗臨產(chǎn)前兩天，還堅守在崗位上，孩子才一兩歲，就帶著孩子堅持工作。早期我們設(shè)備還不夠先進(jìn)，張述泉要蹲在地上觀察打印過程，一看就是好幾個小時，連著幾年如此，沒點(diǎn)毅力、沒點(diǎn)情懷，怎么能堅持下來!但他們就是這樣不計名利地工作，毫不在意個人得失。

張述泉告訴我，周末如果在家沒來實(shí)驗室，就會不由自主地踱來踱去，感覺身心無處安放，這是長年每周工作7天、每天工作12小時的習(xí)慣使然。我也是如此，把自己關(guān)進(jìn)辦公室，一旦開始研究問題，心里就非常充實(shí)，感覺不到時間的流逝。

為祖國奮斗，我很快樂。

來源：北京航空航天大學(xué)