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王华明院士:国产大飞机、战斗机用上国际领先的激光成形技术

导读: 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?

今天是五一国际劳动节。劳动最快乐,奋斗最幸福。我们一起听北航材料科学与工程学院王华明院士分享他的“奋斗”与“幸福”。

为祖国“飞天”

王华明院士:国产大飞机、战斗机用上国际领先的激光成形技术

王华明院士

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”。

王华明院士:国产大飞机、战斗机用上国际领先的激光成形技术

王华明在测量激光成型零件尺寸

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铃声也响起来了,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。

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