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

作者：王華明，中國工程院院士，現(xiàn)任北京航空航天大學材料學院教授、大型金屬構件增材制造國家工程實驗室主任、國防科技工業(yè)激光增材制造技術研究應用中心主任、航空科學與技術國家實驗室(籌)航空材料與結構首席科學家，是教育部長江學者特聘教授、國家杰出青年科學基金獲得者、教育部創(chuàng)新團隊和科技部重點領域創(chuàng)新團隊帶頭人、國防973項目首席、北京高校教學名師，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)新領軍人才、首批新世紀百千萬人才工程國家級人選，獲全國五一勞動獎章、航空報國金獎一等獎、何梁何利科學與技術進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”領域的領軍人物。
他的激光增材制造技術，為運-20、殲-15等國產(chǎn)大飛機和新型戰(zhàn)斗機提供了關鍵受力大型部件，做出了不可磨滅的貢獻。
他如何與3D打印結緣?面對科研攻關的種種難題，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與工程學院王華明院士分享他的“奮斗”與“幸�！�。

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打印技術的緣分，可以說是始于1989年。當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發(fā)動機葉片，發(fā)現(xiàn)修復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到高溫，再快速冷卻，金屬內(nèi)部的晶粒就會非常細小，化學成分更均勻，性能自然更好。當時我想，如果運用激光熔凝技術制造葉片，跟傳統(tǒng)方法相比就會有質的提升。

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

飛機、航空發(fā)動機等高端裝備中一些大型關鍵結構件，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，質量可靠，性能優(yōu)異，尤為重要的一點是，可以大幅實現(xiàn)零件“減重”，降低能耗。通過3D打印技術，既解決了科學前沿問題，又滿足了國家重大裝備制造需求，實現(xiàn)“彎道超車”。

當然，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突破，可以制作比較大型的裝備零件。開始的目標是爭取臘月二十之前完成，但由于總出現(xiàn)各種問題，一直拖到除夕當天下午。

那天，負責數(shù)控機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備。加上我，團隊技術人員剩下3個人，還有三個負責起運零件的工人師傅，我們一起在實驗室里度過了一個“難忘”的春節(jié)。

除夕當晚7、8點鐘，實驗終于成功了，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爐中，只能暫時放在實驗室，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。初一早上，我吃了兩粒湯圓，趕快趕到實驗室，發(fā)現(xiàn)零件果然裂了，裂成了三段。我當時想，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打印大型構件存在內(nèi)應力大的問題，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原理，先化整為零，再積零為整，實現(xiàn)了內(nèi)應力離散。

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)和團隊成員查看3D打印的整體葉盤的質量

做技術就是這樣，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。看著自己的3D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�！帮w天”，這是多么大的幸運和榮光!

我的團隊核心成員大多是80后，風華正茂，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，一點一滴收獲，當然，最快樂的事情也正是在這里，為國家和民族奮斗，榮譽感、自豪感自不待言。

我的團隊同事都是如此，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。早期我們設備還不夠先進，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，沒點毅力、沒點情懷，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小時的習慣使然。我也是如此，把自己關進辦公室，一旦開始研究問題，心里就非常充實，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