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我国的大飞机梦:专为大型钛合金构件而成立的激光制造工程中心

2013-08-17 09:51
华静一
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  1995年,黄卫东在科研中产生了关于快速成形技术的一个新构思:把快速原型制造的增材成形原理和同步送粉激光熔覆相结合,形成一种快速成形高性能致密金属零件的新技术,用于直接制造可以承载高强度的力学载荷的金属结构件。黄卫东注意到,当时“快速成形”=“快速原型制造”,但两者的内涵其实并不相同。增材制造作为一种快速成形原理,没有理由说它只能用于原型制造,而不能制造可以直接承载高强度力学载荷的金属结构件。

  但当黄卫东同快速成形领域的专家们交流构思时,专家们却是一致地表示怀疑,不相信快速成形技术可以制造像铸件和锻件那样高力学性能的致密金属零件!黄卫东根据自己的专业知识,坚信采用同步送粉激光熔覆技术完全可以做出力学性能非常高的金属零件。于是,他安排博士研究生李延民开始进行激光立体成形的技术基础——多层激光熔覆的探索性研究。初步结果令人鼓舞,在金相显微镜下竟然难以分辨多层激光熔覆形成的金属块的分层结构,说明材料结合得非常好,确实形成了一个致密的整体。

  1997年,航空科学基金首次设立重点项目,黄卫东教授题为“金属粉材激光熔凝的显微组织与力学性能研究”的项目申请通过函评,在会审会上,黄卫东的激光立体成形新设想,在评审组长,中国着名激光焊接专家左铁钏教授的力挺下得以通过。同年,激光定向凝固研究项目获得国家自然科学基金的资助。这是中国在激光立体成形领域最早的正式立项的科研项目。李延民以激光立体成形作为研究内容的博士论文让他在2001年获得博士学位,成为中国第一位专门研究激光立体成形技术的博士。毕业后即被美国GE公司中国研究中心招募,为该中心创建了激光立体成形技术研究部门。

  2000年以后,863计划、973计划、国家自然科学基金重点项目等也开始对激光立体成形立项支持。2001年,黄卫东团队关于“高性能复杂金属零件的激光快速成形技术”的研究项目申请获得国家863计划的支持。

  863项目的研究成果,很快就在我国新型航空发动机的研制中做出重要贡献。到该发动机装机试车的时间节点时,采用铸造技术研制的一个关键零件始终未能合格,使得发动机无法按时装机试车。利用863项目研究所获得的技术成果,黄卫东团队采用激光立体成形技术研制的零件保证了发动机的装机试车。

  2001年,黄卫东教授团队申请了中国第一批关于激光立体成形的源头创新专利。至今已获授权激光立体成形的材料、工艺和装备相关的国家发明和实用新型专利12项。

  2002年和2006年,西工大与中国人民解放军第四军医大学口腔医院合作,先后获得863计划的连续支持,开展口腔金属修复体和梯度生物活性材料的激光立体成形研究,其中激光立体成形的口腔钛基金属修复体已通过临床试用,激光成形制备的钛/生物陶瓷梯度复合材料也通过了动物植入测试。激光立体成形技术在医学领域的应用,是黄卫东和他的团队所看好的下一个研究重点。实际上,这项工作早在1995年就起步了。那年四医大口腔医院的王忠义教授带领他的几个博士研究生到实验室探讨口腔医学与材料加工领域的合作机会。黄卫东提出的激光立体成形的技术构思引起了王忠义教授的高度兴趣。当他的一位博士生高勃完成博士学位论文之后,王忠义就建议他到西北工业大学作博士后研究工作,由此启动了长达十几年至今的口腔植入体激光成形研究工作。高勃博士如今已是四医大的教授、博士生导师,口腔植入体的激光成形研究成了他的主要科研方向。

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