北航教授王华明：为祖国“飞天”
发布时间：2018-03-29
王华明，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
中国3d 打印带头人
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。
