他就是王华明院士，是研究3D打印技术的，确切点说是高性能大型金属零件激光直接制造技术，全球只有中国掌握，很专业对不对？没事，知道很厉害就可以了。这个技术他带领团队研发了30多年。
“国产大型客机C919圆满完成首次商业飞行！”2023年5月28日，自上海虹桥国际机场起飞的东航MU9191航班平安降落在北京首都国际机场。“国产大飞机”成功研发的背后，有着来自北京科研的贡献——中国工程院院士、北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院教授王华明带领团队研发的飞机钛合金等大型复杂构件激光增材制造技术，仅用55天，就做出了C919机头钛合金主风挡整体窗框。
一件最古老但又可能改变未来的事
“金属3D打印”，是以合金粉末或丝材为原材料，在计算机控制下通过激光逐层扫描，熔化并急冷凝固堆积，实现大型复杂金属构件的快速成形制造。我国运-20运输机、长征五号B运载火箭、祝融号火星探测器等“大国重器”上，用3D打印技术制造的大型关键金属承力构件都发挥着重要作用。
然而这种技术的诞生起源于上世纪八九十年代，由于3D打印的可行性，美国学者做出一个假设：是否能够用这种方式对金属配件进行打印？
这个想法是好的，但他们做出来的构件却并不尽如人意，在很多性能方面根本就比不上传统手段所制造出来的，所以这项技术在2005年被腰斩。
可是，对于美国学者来说是个难题的事情，对于王华明来说却充满了挑战性。
在一次实验中，他发现航空发动机叶片采用表面快速融凝手段修复后，其性能甚至比没有损伤之前更好，这让他灵光一现。
如果直接使用激光融凝技术去制造金属构件的话，那么势必会对我国的大型装备制造业产生深远影响。
说干就干，1995年，王华明立刻组建起了自己的团队，对该项目进行研究和试验，一次次调整金属粉末的密度、打印时的温度以及凝固时所需的条件。
终于，在团队的努力之下，做出的构件一次比一次大，而且性能也一次比一次稳定。
从小零件到“大块头”
十年磨一剑，2005年6月，王华明团队研制出的我国第一个3D打印钛合金小零件被装上飞机，金属3D打印技术迈出了标志性的一步。但从小零件到“大块头”，仍有重重关卡需要突破。
在国产大飞机C919研制过程中，机头的风挡窗框看起来结构简单，实际上，其空间形状极为复杂，用传统的锻造、焊接等方法无法完成。那时，全世界范围内只有欧洲的一家公司能够锻造，对方也开出了价格——模具费就要200万美元，制造周期则要2年。
王华明接下了这项任务。原本团队计划在腊月二十之前完成研制，但各种小问题一个个冒出来，一直拖到了除夕夜。那晚，零件好不容易打印成型，但又大又重的零件没法放到炉中进行后续的应力处理，坚守在岗位上的团队成员都一筹莫展。
最终王华明决定，大家都先回家，吃团圆饭。大年初一，他一大早就赶到实验室，看到的却是裂成三段的零件。“做技术就是这样，困难和问题如影随形。失败的时候沮丧一会儿，爬起来继续干。”王华明说，
后续，团队成员用一个简单的物理学原理化整为零、积零为整，最终实现了内应力离散，大型构件内应力大、容易开裂的问题得到了解决。
在具体操作过程中，一个3米高，与集装箱很像的大型机器内部，是一个平台，上边放着一块金属层板，其上正在工作着的就是激光。
在激光的来回游走之下，只用了三十多秒的时间，金属层板上就多出了个大约30毫米的金属环，仿佛是凭空“长出来”的一样。
很快，这样的技术就被运用到了我国的大飞机C919上，飞机机头处的钛合金整体窗框就是运用了王华明团队的技术铸造而成，这个C919上的“大块头”，从零件打印、热处理、测试检验到运输交付，整个制造周期不足55天，成本不足锻造模具费用的十分之一。
这样的成就不仅让国人骄傲，更是让全世界都为之震惊。
曾被宣称说走不通的路为什么还要坚持？
有人会问，既然美国已经宣称说3D打印的方法运用到航空的这些关键的构件上这条路走不通，为什么咱们还要继续走？
对于这个问题，王华明院士是这样回答的：
说实在我们真没去参考它，那你自己做你自己的，照着你这个目标一直往前走。你只要保证三条，这个金属零件的性能就会很好，一个就是金属里面的筋力，就相当于面粉吧，河南的面条做得很好，像咱们河南烩面就拉得特别长，它塑形就好，还有一点呢我们真正用的材料都不是纯金属，都要往里面加各种各样的别的合金元素。光是铁它容易生锈，12%以上的铬加进去，它就不锈了，我还希望这个东西使用度更高，可能我往里面加钨，各种各样合金元素，就像做面条可能往里撒点盐，要加点糖，要加点别的什么东西，最终面条才好吃。第一个筋得细，第二致密，第三加进去的元素分布是均匀的，只要你做到这三点，可能我们的飞机起落架强度就高，寿命就长，耐受性就好。
其实我们现在看到的运20大型运输机，还有歼20战斗机，以及长征5B大型运载火箭，使用的都是激光3D打印，还有在青藏高原大约60层楼高的羊曲大坝用的也是这个技术，现在看来，未来打印月球基地也不是没有可能。
向技术前沿持续突破
从火星四溅的金属冶炼，到激光扫描实现3D打印，跨越数千年的技法有了新的生命。这项称得上“神奇”的金属3D打印技术，帮助大型关键金属构件制造能力和材料性能水平更进一步，我国成为了世界上唯一一个掌握该技术，并付诸实际应用的国家。
11年前，中共中央政治局以创新驱动发展战略为主题的第九次集体学习活动来到中关村，荣获了国家科技发明一等奖的飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术，被遴选为第一项重点学习调研内容。王华明作为技术发明人，在中关村的这间“课堂”上讲解了国内、国际3D打印技术现状和市场前景。“这次的经历，给了我极大的鼓舞，让我有更大的动力继续奋斗在科研的道路上。奋斗很快乐，特别是为国家民族奋斗，荣誉感自豪感自不待言。”
现在，王华明依旧坚守在科研和教学一线，在他的实验室里，“报国使命 创新引领 激情敏行 卓越超越”的16个大字格外显眼。“看着零件像树苗发芽一样一毫米、一毫米地堆积生长，那种感觉非常奇妙。”他说。
北京的科创环境，为王华明团队提供了创新研究的沃土。“在全国范围内，北京在科技创新上毫无疑问是处在引领位置的。”王华明认为，这种引领不仅体现在科创力量、科研队伍、科研平台等方面，还包括了超前的理念、宽松的环境、务实的政策等。在他看来，北京科创的发展势头正劲，未来，北京将成为在世界上具有影响力的、全世界科技人员向往并希望加入的地方。
当下，王华明团队正在面向国家重大装备发展的战略需求和先进材料制造技术国际前沿，开展重大装备新一代高性能金属结构件及其大型关键构件高效、低成本、高精度增材制造技术研究和应用。未来，金属3D打印技术不仅会改变大型零件制造工业固有的大、重、贵的面貌，还将会走进千家万户。
文章来源： 科技北京，河南科协，自由止戈
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来源：贤集网
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