【行业人物】北京航空航天大学教授王华明：为祖国“飞天”
导读：王华明，中国工程院院士，北京航空航天大学教授、博士生导师，激光增材制造领域专家。2012年1月18日，王华明教授主持的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”项目获得国家技术发明一等奖。如今，王华明院士团队的高性能难加工大型复杂整体关键构件激光直接制造技术已经处于国际领先水平。
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，又急速冷却，金属内部的晶体就会非常细小，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“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”的研究应用。2013年，我们这项技术获得了国家技术发明一等奖。我们能自信地说，目前用3D打印技术制造大型构件的技术，全球只有我们掌握。
很多人问我，为什么这件事情美国人都没做成，你能做成？
一方面，这是时代赋予的机遇，或者说是使命。我相信，一个人的命运一定是和国家命运联系在一起的。我们国家正处于从比较落后到奋起直追的历史进程中，快速发展的国家，需要一些重大装备制造技术的突破。飞机、航空发动机等高端装备，一些大型关键结构件，用传统方法去制造是非常困难的，代价也是巨大的。这可能也是我萌生用3D打印技术去制造大型金属构件这个念头的起因。
这个目标不是不切实际的空想，有我们的实际国情在。要发展航空航天事业，要想使飞行器的速度不断提升，它们的“骨架”尺寸也要随之增大。全世界最大的8万吨锻造机也只能生产4.5平方米的部件，而这样的锻造机造价就要20亿元，我国只有一台。
3D打印的优势在于，不需要大型工业装备，不需要模具，材料利用率高，性能优异，质量可靠，尤为重要的一点是，可以通过“减重”降低能耗。我们为某型运载火箭制作的四个部件，就减重超过200公斤。通过3D打印技术，既解决了科学前沿问题，又实现了国家的重大装备制造需求，实现了“弯道超车”。
另一方面，我们也有非常强大的团队力量。人虽然少，大家却心往一处想，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。奋斗很快乐，给我最大的慰藉，特别是为国家民族奋斗，荣誉感自豪感自不待言。我的团队同事也是如此，工作分成两班，上夜班的同事好几年见不到太阳。早期我们设备还不够先进，张述泉要趴在地上观察打印过程，一看就是好几个小时，连着几年如此，没毅力、没情怀，怎么能坚持下来！他们就是这样不计名利地工作，毫不在意个人得失。
有一件事，我刻骨铭心。2007年春节，我们取得重大技术突破，可以制作比较大型的设备零件。那是我们零件研制最关键的时刻，开始的目标是争取腊月二十之前完成，但总有各种问题，一拖就拖到除夕当天下午。那天，负责数控机床的张述泉买了回家过节的火车票，他手把手教留京过年的方艳丽操作设备。加上我，团队技术员剩下3个人，还有3个负责起运零件的工人，我们一起在实验室里度过了这个难忘的春节。
除夕当晚七八点钟，实验终于成功了，零件制造完成，重量足有200公斤。由于激光打印温度极高，在制作完成后必须马上放到炉中加热，不然极热极冷，零件会发生爆裂。但是，由于尺寸不合适，师傅们费了九牛二虎之力还是没办法放进炉中。很快，过年的鞭炮声从四面八方响起来了，我们却进退无法，面对终于制造成功的庞然大物一般的零件，内心不知是喜是忧。这个时候，家人催促回家过年的电话铃声也响起来了，我冷静一会，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，只能放在实验室，回家了。我和另一个老师一起走，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，无可奈何。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，整齐裂成三段。我当时想，这么大的体积，裂开的声音一定像爆炸一样那么响，不知道有没有人听到。
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，但是奋斗的过程是愉悦的。
看着自己的3D打印作品像小树那样一毫米一毫米地生长，是一个非常美妙的过程。一层激光照下去，一层粉末就会迅速液化然后固化成形，层层叠加。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。
当然，困难和问题也如影随形。有一段时间，我们加大了功率，设备却总是被堵住毁掉。经过研究发现，激光液化粉末的时候会粘住其他粉末，可能只有零点几秒的时间，打印的出口就会堵住。经过两天的开会研究，重新设计设备，重新实验，然后却发现，零点几秒后，又坏了。
大型构件还存在内应力大的问题，容易开裂。我们尝试了力学的多种方法后，最终宣告失败，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，像是“事后诸葛亮”，但是当时的艰辛还是历历在目的。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值了。我们在一起交流时曾说过，很多研究材料学的专家，毕生的研究成果都不一定能投入使用，但是我们不同，我们何其幸运，10年的研究已经可以“飞天”了。
“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，却也华发早生，但是，我们享受奋斗的快乐。团队成员张述泉告诉我，周末如果在家没来实验室，就会不自主地踱来踱去，身心无处安放，这是长年每天工作12小时、每周工作7天的习惯使然。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，不知时间的溜走。
为祖国奋斗，我很快乐。
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来源：光明日报
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