“十三五”是我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的窗口期，也是“中國制造”向“中國智造”轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵期。作為 21 世紀(jì)最具有顛覆性的高科技技術(shù)之一，3D 打印成為了“中國智造”崛起的重要催化劑，隨著李克強(qiáng)總理請?jiān)菏?ldquo;敞開講”3D 打印課以來，3D打印技術(shù)發(fā)展的熱浪此起彼伏。

    3000 年的等材制造，300 年的減材制造，30 年的增材制造，這是人類發(fā)展史上制造工藝的基本呈現(xiàn)方式。一直以來，由于大型金屬結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)的壁壘，我國無法自主生產(chǎn)許多大型機(jī)械的核心構(gòu)件。2012年1月18日，王華明院士主持的“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”項(xiàng)目獲得國家技術(shù)發(fā)明一等獎，標(biāo)志著我國的 3D 打印技術(shù)在大型金屬結(jié)構(gòu)件直接制造方面已經(jīng)取得重大技術(shù)突破，打破了國際上本領(lǐng)域遲遲不能突破的局面，成為了未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一。為了全面探索 3D 打印的奧秘，了解金屬 3D 打印科技發(fā)展前沿，弘揚(yáng)科學(xué)精神。近日，記者采訪到了金屬3D打印領(lǐng)域的傳奇人物——王華明院士，感受了這項(xiàng) 21 世紀(jì)最具有顛覆性的高科技之一的來世今生，并為這位科學(xué)家的卓越科研成就和堅(jiān)毅科研精神所深深地感染！

    勤育英才澤神州 潛心科研結(jié)碩果

    王華明，北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、中國工程院院士。他是“金屬3D 打印”的第一位院士、中國激光 3D 打印引路人。他主持的“鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光立體成形技術(shù)”項(xiàng)目填補(bǔ)了我國在該領(lǐng)域的空白，打破美國等國家長期技術(shù)封鎖，在我國金屬 3D 打印的歷史上具有里程碑的意義！

    1989 年，王華明獲中國礦業(yè)大學(xué)摩擦學(xué)博士學(xué)位；1991 年，在中科院金屬所做博士后期間破格晉升副研究員；1992 年，獲“洪堡學(xué)者”稱號；1994 年，回國后即全力投入到北航的教學(xué)與科研工作中。現(xiàn)任大型金屬構(gòu)件增材制造國家工程實(shí)驗(yàn)室主任、國防科技工業(yè)激光增材制造技術(shù)研究應(yīng)用中心主任、大型整體金屬構(gòu)件激光直接制造教育部工程研究中心主任、北京市大型關(guān)鍵金屬構(gòu)件激光增材制造工程技術(shù)中心主任。

    在幾十年的教學(xué)科研生涯中，王華明始終踐行科學(xué)家精神，急國家之所需，不斷攀登一個又一個科技高峰。他勇于創(chuàng)新，甘于奉獻(xiàn)，淡泊名利，為我國國防科技事業(yè)和教育事業(yè)做出了重要貢獻(xiàn)，表現(xiàn)出一位科技工作者的遠(yuǎn)大抱負(fù)和卓越才識。他教書育人近三十載，為我國培養(yǎng)了一大批材料加工行業(yè)的科研學(xué)者、技術(shù)骨干和管理人才；科研探索三十余載，為激光表面改性與激光增材制造的理論創(chuàng)新與技術(shù)進(jìn)步起到了促進(jìn)作用；工程實(shí)踐三十余載，為激光增材制造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用做出了重要貢獻(xiàn)！

采用“大型金屬構(gòu)件激光增材制造技術(shù)”生產(chǎn)出來的飛機(jī)機(jī)身整體加強(qiáng)框

“大型金屬構(gòu)件激光增材制造技術(shù)”應(yīng)用于航空航天發(fā)動機(jī)葉片、渦輪等復(fù)雜精密零件

    教書育人，誨人不倦

    “教授首先是教師，教書育人是本職工作”，王華明以切身行動詮釋這一理念。他一直工作在本科生和研究生教學(xué)第一線，自 1995 年以來講授了《金屬學(xué)原理》、《物理冶金原理》、《先進(jìn)材料制備科學(xué)與技術(shù)》等主要課程 14門。他對課堂教學(xué)十分認(rèn)真負(fù)責(zé)，力求講授生動、富有啟發(fā)性和創(chuàng)造性，授課時結(jié)合當(dāng)今材料科學(xué)與工程的最新發(fā)展動態(tài)和自己的最新科研成果，做到理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神及分析解決問題的能力。他所教授的課程《增材制造技術(shù)》入選2014 年國家級精品視頻公開課，他本人也被評為北航“學(xué)生最愛戴老師”和北京市總工會教育創(chuàng)新標(biāo)兵等榮譽(yù)稱號。

    20 多年來，他始終以“先做學(xué)生的朋友，再做學(xué)生的老師”為座右銘，堅(jiān)持教書和育人并重。在培養(yǎng)研究生期間，從研究課題選擇、方案制定、進(jìn)度安排到論文撰寫，每個環(huán)節(jié)他都親自把關(guān)，并堅(jiān)持定期聽取學(xué)生匯報(bào)，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)和工作進(jìn)展。目前，他已累計(jì)培養(yǎng)研究生百余人，大多數(shù)已在金屬材料加工領(lǐng)域成為兼具理論底蘊(yùn)與實(shí)踐能力的行業(yè)骨干，為祖國的科技事業(yè)貢獻(xiàn)著光和熱。

    技術(shù)創(chuàng)新，團(tuán)結(jié)奮進(jìn)

    王華明始終認(rèn)為要想創(chuàng)新必須腳踏實(shí)地，必須結(jié)合國家重大戰(zhàn)略需求，創(chuàng)造具有實(shí)際價值的創(chuàng)新成果。從 2000年開始，王華明和他的科研團(tuán)隊(duì)啟動攻關(guān)，采用與我國主要飛機(jī)設(shè)計(jì)所、制造公司產(chǎn)學(xué)研結(jié)合模式，進(jìn)行激光增材制造技術(shù)的研究。經(jīng)過近 20 年的持續(xù)努力，突破一系列重大關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，形成了鈦合金等大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形“工藝 - 質(zhì)量 - 裝備 - 標(biāo)準(zhǔn)”整套技術(shù)成果，使我國成為迄今世界上唯一掌握鈦合金大型整體主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)并實(shí)現(xiàn)裝機(jī)工程應(yīng)用的國家，完成了高性能金屬構(gòu)件激光增材制造技術(shù)從“追趕”到“超越”的發(fā)展歷程。

    王華明始終堅(jiān)持團(tuán)隊(duì)的力量，繁重的項(xiàng)目研制和科研管理工作沒有使他忘記作為團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)人的職責(zé)，先后組建了大型整體金屬構(gòu)件激光直接制造教育部工程研究中心、北京市大型關(guān)鍵金屬構(gòu)件激光增材制造工程技術(shù)中心、國防科技工業(yè)激光增材制造技術(shù)研究應(yīng)用中心和大型金屬構(gòu)件增材制造國家工程實(shí)驗(yàn)室，在完成科研任務(wù)中打造人才隊(duì)伍。他的團(tuán)隊(duì)入選了“高性能大型復(fù)雜構(gòu)件激光直接制造”教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)及首批萬人計(jì)劃重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。同時，他不斷跟蹤和引領(lǐng)科研前沿研究，積極開展新課題新技術(shù)的布局，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞國家重大國防裝備發(fā)展需求，展開新的技術(shù)攻關(guān)。

    嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，碩果累累

    王華明治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，不斷追求完善。為了尋求科學(xué)理論的新突破，他常常從細(xì)節(jié)入手，與學(xué)生一起分析研究過程中的“新”現(xiàn)象，并十分注重試驗(yàn)數(shù)據(jù)的翔實(shí)、可靠，力求試驗(yàn)結(jié)果具有較好的可重復(fù)性。

    他把科研當(dāng)成是自己最大的快樂源泉，科研成績的取得離不開他對科技事業(yè)的熱愛、對建設(shè)國防事業(yè)的強(qiáng)烈緊迫感與使命感，離不開他及所率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)的鉆研奮斗。他已發(fā)表 SCI 收錄論文180 余篇，以第一完成人身份獲部級一等獎以上科技成果獎勵 4 項(xiàng)，其中“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”成果獲 2012 年度“國家技術(shù)發(fā)明一等獎”。為表彰他在航空工業(yè)領(lǐng)域所作出的突出貢獻(xiàn)，中國航空工業(yè)集團(tuán)公司特授予他“航空報(bào)國金獎”一等獎。

    這就是王華明院士，一個教書育人的實(shí)踐者，一個學(xué)科發(fā)展的開拓者，一個科學(xué)研究的探索者。今天，他依舊滿懷激情，斗志昂揚(yáng)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)實(shí)現(xiàn)新的跨越！

    機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存 發(fā)展與改革并重

    自 20 世紀(jì) 80 年代中期至今，3D打印技術(shù)已出現(xiàn)了近 30 個年頭。一直在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過程中起到了重要作用。在較長的發(fā)展歷程中，3D 打印由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素的限制，沒有對現(xiàn)有生產(chǎn)模式產(chǎn)生質(zhì)的改變，進(jìn)入2012 年之后，隨著美國一系列制造業(yè)振興計(jì)劃的宣布，3D 打印作為制造業(yè)振興的新技術(shù)而備受關(guān)注，由一個冷門的名詞變得家喻戶曉，資本市場也開始對其十分看好，堪稱第三次工業(yè)革命的核心工藝！

    王院士表示，至今為止，諸多新方法、新應(yīng)用還在不斷地涌現(xiàn)。無論從結(jié)構(gòu)、從材料還是從制造三個方面來講，都具有廣闊的發(fā)展空間！

    第一，3D 打印帶來了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的革命。3D 打印與傳統(tǒng)制造技術(shù)的最大區(qū)別在于產(chǎn)品成型的過程上。在傳統(tǒng)的制造業(yè)，整個制造流程一般需要經(jīng)過開模具、鑄造或鍛造、切割、部件組裝等過程成型。3D 打印則免去了復(fù)雜的過程，無需模具，一次成型。因此，3D 打印可以實(shí)現(xiàn)一些傳統(tǒng)制造技術(shù)無法滿足的設(shè)計(jì)想法，制造出更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

    第二，3D 打印帶來了材料制備的革命。在金屬零件的打印過程中，通過逐層熔化沉積，可以合成制備出很多用傳統(tǒng)方法制備不出來的材料，可以控制局部的化學(xué)成分和局部的組織結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)同一個零件中不同部位具有不同的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和使用性能。因此，它不僅僅是一個零件制造技術(shù)，還是一個材料制備技術(shù)。

    第三，3D 打印帶來了制造模式的變革。3D 打印能極大的降低制造業(yè)建立工廠的基本要求和投資額度，以前的制造都是在工廠里面，就是一條生產(chǎn)線，現(xiàn)在這個制造可能就是一臺 3D 打印機(jī)，不一定安裝在工廠里面，你也可以進(jìn)行作坊式的操作。它可引發(fā)新一輪的小型企業(yè)興旺和擴(kuò)張的潮流，未來制造工業(yè)的進(jìn)入門檻將會大幅度降低，很多企業(yè)將可以重新將制造從現(xiàn)在的專業(yè)分工的OEM 狀態(tài)解放出來，全球產(chǎn)品近似化、雷同化、“科技以換殼為本”等現(xiàn)象將會得到終止。

    王院士強(qiáng)調(diào)，3D 打印無論是對裝備的設(shè)計(jì)、裝備的制造，還是對材料的加工，都是一個非常好的機(jī)遇。然而，任何事情都是一分為二的，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。

    以金屬 3D 打印為例，毫無疑問，我國鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等高性能、難加工的大型復(fù)雜整體構(gòu)件 3D 打印技術(shù)在重大裝備領(lǐng)域的成功工程應(yīng)用走在國際先列。但未來還有諸多制約因素有待解決：

    首先是 3D 打印技術(shù)自身。我們還要做更多的研究，讓工藝更優(yōu)化，質(zhì)量更穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)更完善，裝備更先進(jìn)、更可控，構(gòu)件性能更好。而且除了現(xiàn)有的鈦合金、合金鋼，還要對其它的材料體系做更多的研究，建立更加完善的標(biāo)準(zhǔn)。

    其次，需要人們對技術(shù)有更多的認(rèn)識和了解。3D 打印技術(shù)現(xiàn)在受到較多民眾和媒體的關(guān)注，然而，真正對產(chǎn)業(yè)了解的人還很少，尤其是對核心技術(shù)的了解與掌握。打印過程中材料經(jīng)歷了熔化、凝固和固態(tài)相變等，屬于材料科學(xué)。因此，該技術(shù)需要材料學(xué)科和制造學(xué)科的融合，“形狀”和“性能”兩手都得控制好。

    再次，3D 打印優(yōu)勢體現(xiàn)在高性能、復(fù)雜、關(guān)鍵的構(gòu)件，3D 打印在結(jié)構(gòu)簡單的領(lǐng)域里沒有太大的應(yīng)用優(yōu)勢。

    再就是，不是所有的材料都適合打印。便宜材料、脆性材料等就不適合 3D打印，這也是局限性之一。

    最后，3D 打印目前尚未進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)化，其工藝與裝備都有待進(jìn)一步開發(fā)。如何形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，是目前科技界和工業(yè)界有待解決的難題。

    諄諄教誨催奮進(jìn) 誓以科技報(bào)國恩

    王院士感慨道，看著零件像樹苗發(fā)芽一樣，一毫米一毫米地堆積成長，激光掃描一下，零件就長高一層，那種感覺非常神奇。這是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的結(jié)果，也是大家團(tuán)結(jié)協(xié)作、集體攻關(guān)的成果！眾人拾柴火焰高，他覺得他的每一點(diǎn)進(jìn)步和每一點(diǎn)成績，都同中國共產(chǎn)黨的英明領(lǐng)導(dǎo)和國家科技、經(jīng)濟(jì)、社會全面高速發(fā)展的大好環(huán)境密不可分，和北航及材料學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、同志們的關(guān)懷、培養(yǎng)和鼓勵密不可分，同老教師以及同事們的無私幫助與支持密不可分，同激光材料加工制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)全體老師和同學(xué)們的辛勤努力密不可分。能為祖國的科技事業(yè)奮斗終身是每個科研工作者的責(zé)任和光榮！

    他強(qiáng)調(diào)，做人、干工作最重要的是要有責(zé)任心，要盡最大努力把每件事情做好。教書育人，桃李滿天下當(dāng)然是最幸福的事情；搞科研，須做國家所需、勇于擔(dān)當(dāng)，然后堅(jiān)定不移地拼下去！堅(jiān)信總會有撥開云霧見陽光的大好明天！

    他談到，要做好每項(xiàng)科研工作，需做到以下三點(diǎn)：

    第一、定好目標(biāo)，堅(jiān)持不懈。科研是一個漫長的歷程，所謂十年磨一劍，甚至幾十年磨一劍，不能急功近利，需定好科研方向，然后堅(jiān)持不懈地干下去。

    第二、做國家所需，一定要去做對人類社會進(jìn)步有用的科學(xué)研究。國家需要什么、缺什么，我們就去做什么。影響因子不是衡量科研的唯一標(biāo)準(zhǔn)，我們應(yīng)該更多地去關(guān)注實(shí)際的工程應(yīng)用。

    第三、一定要去做前沿的、先進(jìn)的科學(xué)研究。我們須理清技術(shù)發(fā)展方向，至少得知道我們研究的東西應(yīng)該是具有應(yīng)用前景的。

    后記：

    “今日長纓在手，何時縛住蒼龍？”作為工業(yè) 4.0 時代最具發(fā)展前景的制造技術(shù)之一，作為提高航空航天裝備設(shè)計(jì)和制造能力的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，3D 打印與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器人、智能材料等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合，必將成為高端裝備制造行業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們相信，未來它不僅讓人類在航空航天征途上飛得更快、更高、更遠(yuǎn)！更將顛覆現(xiàn)有的生產(chǎn)、生活方式，在人類未來發(fā)展的卷軸上增添更加濃墨重彩的一筆！

    ● 人物簡介

    王華明，1962 年 5 月生，四川省合江縣人，金屬增材制造專家，中國工程院院士。1983 年畢業(yè)于四川工業(yè)學(xué)院（現(xiàn)西華大學(xué)），1986 年獲西安交通大學(xué)碩士學(xué)位，1989 年獲中國礦業(yè)大學(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)任北京航空航天大學(xué)教授、大型金屬構(gòu)件增材制造國家工程實(shí)驗(yàn)室主任、國防科技工業(yè)激光增材制造技術(shù)研究應(yīng)用中心主任，兼任中國機(jī)械工程學(xué)會增材制造分會副主任委員。

    長期從事大型金屬構(gòu)件增材制造和表面工程技術(shù)研究。突破鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等高性能難加工金屬大型復(fù)雜關(guān)鍵構(gòu)件激光增材制造工藝、成套裝備和工程應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，開拓機(jī)械裝備嚴(yán)酷環(huán)境關(guān)鍵摩擦副零部件激光熔覆多元金屬硅化物高溫耐蝕耐磨特種涂層新領(lǐng)域，成果在飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、航空發(fā)動機(jī)等裝備研制和生產(chǎn)中工程應(yīng)用。發(fā)表 SCI 收錄論文 180 余篇，獲“國家技術(shù)發(fā)明一等獎”1 項(xiàng)、部級科技一等獎 3 項(xiàng)。

    曾獲全國五一勞動獎?wù)隆⒑娇請?bào)國金獎一等獎、何梁何利科技進(jìn)步獎、國防科技工業(yè)杰出人才獎等榮譽(yù)。