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北京航空航天大學教授王華明:為祖國“飛天”
星之球科技 來源:光明日報2018-03-01
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所有的幸福都是奮鬥出來的。我跟3D打印技術的緣分,可以說是始於(yu) 1989年。當時我在中科院金屬研究所讀博士後,采用激光熔凝手段修
所有的幸福都是奮鬥出來的。
我跟3D打印技術的緣分,可以說是始於1989年。當時我在中科院金屬研究所讀博士後,采用激光熔凝手段修複發動機葉片,發現修複後的葉片性能比原來好。因為激光熔凝處理會使材料瞬間達到高溫,又急速冷卻,金屬內部的晶體就會非常細小,化學成分更均勻,性能自然更好。當時我想,如果運用激光熔凝技術製造葉片,跟傳統方法相比就會有質的提升。
現在我們做的事,已經持續了20多年,就是“飛機鈦合金大型複雜整體構件激光成形技術”的研究應用。2013年,我們這項技術獲得了國家技術發明一等獎。我們能自信地說,目前用3D打印技術製造大型構件的技術,全球隻有我們掌握。
很多人問我,為什麽這件事情美國人都沒做成,你能做成?
一方麵,這是時代賦予的機遇,或者說是使命。我相信,一個人的命運一定是和國家命運聯係在一起的。我們國家正處於從比較落後到奮起直追的曆史進程中,快速發展的國家,需要一些重大裝備製造技術的突破。飛機、航空發動機等高端裝備,一些大型關鍵結構件,用傳統方法去製造是非常困難的,代價也是巨大的。這可能也是我萌生用3D打印技術去製造大型金屬構件這個念頭的起因。
這個目標不是不切實際的空想,有我們的實際國情在。要發展航空航天事業,要想使飛行器的速度不斷提升,它們的“骨架”尺寸也要隨之增大。全世界最大的8萬噸鍛造機也隻能生產4.5平方米的部件,而這樣的鍛造機造價就要20億元,我國隻有一台。
3D打印的優勢在於,不需要大型工業裝備,不需要模具,材料利用率高,性能優異,質量可靠,尤為重要的一點是,可以通過“減重”降低能耗。我們為某型運載火箭製作的四個部件,就減重超過200公斤。通過3D打印技術,既解決了科學前沿問題,又實現了國家的重大裝備製造需求,實現了“彎道超車”。
另一方麵,我們也有非常強大的團隊力量。人雖然少,大家卻心往一處想,勁往一處使,用“螞蟻啃骨頭”的精神工作,一點一滴收獲,當然,最快樂的事情也正是在這裏。奮鬥很快樂,給我最大的慰藉,特別是為國家民族奮鬥,榮譽感自豪感自不待言。我的團隊同事也是如此,工作分成兩班,上夜班的同事好幾年見不到太陽。早期我們設備還不夠先進,張述泉要趴在地上觀察打印過程,一看就是好幾個小時,連著幾年如此,沒毅力、沒情懷,怎麽能堅持下來!他們就是這樣不計名利地工作,毫不在意個人得失。
有一件事,我刻骨銘心。2007年春節,我們取得重大技術突破,可以製作比較大型的設備零件。那是我們零件研製最關鍵的時刻,開始的目標是爭取臘月二十之前完成,但總有各種問題,一拖就拖到除夕當天下午。那天,負責數控機床的張述泉買了回家過節的火車票,他手把手教留京過年的方豔麗操作設備。加上我,團隊技術員剩下3個人,還有3個負責起運零件的工人,我們一起在實驗室裏度過了這個難忘的春節。
除夕當晚七八點鍾,實驗終於成功了,零件製造完成,重量足有200公斤。由於激光打印溫度極高,在製作完成後必須馬上放到爐中加熱,不然極熱極冷,零件會發生爆裂。但是,由於尺寸不合適,師傅們費了九牛二虎之力還是沒辦法放進爐中。很快,過年的鞭炮聲從四麵八方響起來了,我們卻進退無法,麵對終於製造成功的龐然大物一般的零件,內心不知是喜是憂。這個時候,家人催促回家過年的電話鈴聲也響起來了,我冷靜一會,告訴大家:“不管了,先回家過年。”
我們最終還是沒有把零件放進爐中,隻能放在實驗室,回家了。我和另一個老師一起走,除夕的校園寂然無人,隻有零落的鞭炮聲,我的內心像空了一塊,又像被揉皺了,無可奈何。初一早上,我吃了兩粒湯圓,趕快趕到實驗室,發現零件果然裂了,整齊裂成三段。我當時想,這麽大的體積,裂開的聲音一定像爆炸一樣那麽響,不知道有沒有人聽到。
做技術就是這樣,會遇到種種問題,失敗的時候會沮喪一會兒,但是奮鬥的過程是愉悅的。
看著自己的3D打印作品像小樹那樣一毫米一毫米地生長,是一個非常美妙的過程。一層激光照下去,一層粉末就會迅速液化然後固化成形,層層疊加。2013年之後,我們慢慢從打印投影麵積5平方米的零件,到今天打印投影麵積超過16平方米的零件。
當然,困難和問題也如影隨形。有一段時間,我們加大了功率,設備卻總是被堵住毀掉。經過研究發現,激光液化粉末的時候會粘住其他粉末,可能隻有零點幾秒的時間,打印的出口就會堵住。經過兩天的開會研究,重新設計設備,重新實驗,然後卻發現,零點幾秒後,又壞了。
大型構件還存在內應力大的問題,容易開裂。我們嚐試了力學的多種方法後,最終宣告失敗,最後用最簡單的物理學原理,先化整為零,再積零為整,實現了內應力離散。
現在說起來,好像都十分簡單,像是“事後諸葛亮”,但是當時的艱辛還是曆曆在目的。現在,看著自己製造的零件可以上天入海,我覺得自己苦熬的那些日日夜夜都值了。我們在一起交流時曾說過,很多研究材料學的專家,畢生的研究成果都不一定能投入使用,但是我們不同,我們何其幸運,10年的研究已經可以“飛天”了。
“飛天”,這是多麽大的幸運和榮光!
我的團隊核心成員大多是80後,風華正茂,卻也華發早生,但是,我們享受奮鬥的快樂。團隊成員張述泉告訴我,周末如果在家沒來實驗室,就會不自主地踱來踱去,身心無處安放,這是長年每天工作12小時、每周工作7天的習慣使然。我也是如此,把自己關進辦公室,一旦開始研究問題,心裏就非常充實,不知時間的溜走。
為祖國奮鬥,我很快樂。
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