由激光3D打印的大型钛合金结构件攻克了核心问题

    ****2020年5月29日在给袁隆平、钟南山、叶培建等25位科技工作者代表的回信中指出，希望全国科技工作者弘扬优良传统，坚定创新自信，着力攻克关键核心技术，促进产学研深度融合，勇于攀登科技高峰。来自各条战线的科技工作者表示，将牢记****的殷殷嘱托，为把我国建设成为世界科技强国作出新的更大的贡献。

    北京航天航空大学王华明院士正是给****写信的25位科技工作者代表之一。

     ****在回信中特别提到，要着力攻克关键核心技术。北航王华明院士带领团队历时二十年，将3D打印技术应用于国家重大装备的结构部件生产中，不仅给工业领域的结构设计带来了变革，也解决了国家重大工程、重点型号研制的瓶颈问题。

     在2020年5月30日CCTV《新闻联播》的采访中，王华明院士说：“****的殷切希望，更使我清晰地认识到作为新时代一名科技工作者所肩负的责任和使命。制造业是强国之基，我和我的团队在今后的工作过程当中，更加紧密地瞄准航空航天等重大装备的战略需求，取得创新性引领性的新突破。”

    25位写信人中，王华明院士是深耕多年、执着于基础研究和“卡脖子”问题攻关的创新者代表之一，他率领的激光增材制造科研团队瞄准国家重大需求和世界科技前沿，攀登科技高峰，走产学研紧密结合之路，着力攻克关键核心技术，使我国成为迄今世界上唯一掌握钛合金大型整体主承力结构件激光快速成形技术并实现装机工程应用的国家。

    王华明，中国工程院院士，现任北京航空航天大学材料学院教授、大型金属构件增材制造国家工程实验室主任、国防科技工业激光增材制造技术研究应用中心主任，是教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、教育部创新团队和科技部重点领域创新团队带头人、北京高校教学名师，入选首批国家“高层次人才特殊支持计划”科技创新领军人才、首批新世纪百千万人才工程国家级人选，获全国五一劳动奖章、航空报国金奖一等奖、何梁何利科学与技术进步奖和第四届国防科技工业杰出人才奖。王华明院士长期从事大型金属构件激光增材制造和激光表面工程技术研究，率先突破钛合金、超高强度钢等高性能难加工金属大型复杂整体关键构件激光增材制造工艺、成套装备、质量控制和工程应用关键技术，开拓机械装备严酷环境关键摩擦副零部件激光熔覆金属硅化物高温耐蚀耐磨特种涂层新领域，成果在飞机、导弹、卫星、航空发动机等装备研制和生产中工程应用。第一完成人获部级一等奖以上科技成果奖励4项，其中“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”成果获2012年度“国家技术发明一等奖”。

    “着力攻克关键核心技术，勇于攀登科技高峰”，正是王华明及其团队的写照。

    听完北航这位院士讲述，明白了中国在这个领域引领世界的原因！
    他是中国“金属3D打印”领域的领军人物。
    他的激光增材制造技术，为运-20、歼-15等国产大飞机和新型战斗机提供了关键受力大型部件，做出了不可磨灭的贡献。
    他如何与3D打印结缘？面对科研攻关的种种难题，他为什么能举重若轻？他快乐的源泉又是什么？
    所有的幸福都是奋斗出来的。

    我跟3D打印技术的缘分，可以说是始于1989年。当时我在中科院金属研究所读博士后，采用激光熔凝手段修复发动机叶片，发现修复后的叶片性能比原来好。因为激光熔凝处理会使材料瞬间达到高温，再快速冷却，金属内部的晶粒就会非常细小，化学成分更均匀，性能自然更好。当时我想，如果运用激光熔凝技术制造叶片，跟传统方法相比就会有质的提升。

    现在我们做的事，已经持续了20多年，就是“钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”的研究和应用。2012年，我们这项技术获得了国家技术发明一等奖。我们很自豪地说，目前在这一领域我们的研究在国际上处于引领地位。

    飞机、航空发动机等高端装备中一些大型关键结构件，用传统方法制造是非常困难的，代价也是巨大的。3D打印的优势在于，不需要开模，质量可靠，性能优异，尤为重要的一点是，可以大幅实现零件“减重”，降低能耗。通过3D打印技术，既解决了科学前沿问题，又满足了国家重大装备制造需求，实现“弯道超车”。

    当然，困难和问题也是如影随形的。

举个小例子，我记得那是2007年春节，我们取得了一些技术突破，可以制作比较大型的装备零件。开始的目标是争取腊月二十之前完成，但由于总出现各种问题，一直拖到除夕当天下午。

    那天，负责数控机床操作的张述泉买了回家过年的火车票，临行前，他手把手教留京过年的方艳丽操作设备。加上我，团队技术人员剩下3个人，还有三个负责起运零件的工人师傅，我们一起在实验室里度过了一个“难忘”的春节。

    除夕当晚7、8点钟，实验终于成功了，零件制造完成，重量足有200公斤。由于激光3D打印温度极高，在制造完成后必须马上入炉进行热处理，不然温度的剧烈变化极易造成零件开裂。但是，由于尺寸不合适，师傅们用了九牛二虎之力还是无法将零件放入热处理炉中。

    那是北京第一年恢复燃放烟花爆竹，很快，过年的鞭炮声从四面八方响起来了，我们却进退两难，面对终于成功的庞然大物一般的零件，内心不知是喜是忧。这时，家人催促回家过年的电话****也响起来了，我冷静一会儿，告诉大家：“不管了，先回家过年”。

    我们最终还是没有把零件放进炉中，只能暂时放在实验室，我和另一个老师一起走在回家的路上，除夕的校园寂然无人，只有零落的鞭炮声，我的内心像空了一块，又像被揉皱了，非常纠结。初一早上，我吃了两粒汤圆，赶快赶到实验室，发现零件果然裂了，裂成了三段。我当时想，这么大的零件，裂开的声音一定像爆炸一样，不知道有没有人听到。

    再如，3D打印大型构件存在内应力大的问题，容易造成零件开裂。我们尝试了多种方法后仍然宣告失败，最后用最简单的物理学原理，先化整为零，再积零为整，实现了内应力离散。

    现在说起来，好像都十分简单轻松，像是“事后诸葛亮”，但是当时研究过程的艰辛和痛苦还是历历在目的。

    做技术就是这样，会遇到种种问题，失败的时候会沮丧一会儿，但奋斗的过程是愉悦的，解决问题后又是非常兴奋的。看着自己的3D打印零件一毫米一毫米地长大，是一个非常美妙的过程。

    2013年之后，我们慢慢从打印投影面积5平方米的零件，到今天打印投影面积超过16平方米的零件。现在，看着自己制造的零件可以上天入海，我觉得自己苦熬的那些日日夜夜都没有白费。“飞天”，这是多么大的幸运和荣光！

    我的团队核心成员大多是80后，风华正茂，我们享受奋斗的快乐。大家心往一处想，劲往一处使，用“蚂蚁啃骨头”的精神工作，一点一滴收获，当然，最快乐的事情也正是在这里，为国家和民族奋斗，荣誉感、自豪感自不待言。

    我的团队同事都是如此，工作最紧张的时候大家分成两班，上夜班的同事好几个月见不到太阳。刘栋才30多岁，头发就都白了。方艳丽临产前两天，还坚守在岗位上，孩子才一两岁，就带着孩子坚持工作。早期我们设备还不够先进，张述泉要蹲在地上观察打印过程，一看就是好几个小时，连着几年如此，没点毅力、没点情怀，怎么能坚持下来！但他们就是这样不计名利地工作，毫不在意个人得失。

    张述泉告诉我，周末如果在家没来实验室，就会不由自主地踱来踱去，感觉身心无处安放，这是长年每周工作7天、每天工作12小时的习惯使然。我也是如此，把自己关进办公室，一旦开始研究问题，心里就非常充实，感觉不到时间的流逝。