在過(guò)去幾十年中，無(wú)數(shù)的新技術(shù)誕生，改變著我們的生活，3D打印是其中之一。它能打印殲-11B戰(zhàn)斗機(jī)上的零件、國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919的機(jī)身構(gòu)件，能在最短時(shí)間內(nèi)以最精準(zhǔn)的尺寸制作個(gè)人化的醫(yī)療物資，它正在被應(yīng)用于青藏高原上的羊曲大壩建設(shè)，而打印月球基地的可能性也已被中國(guó)論證。

在金屬3D打印領(lǐng)域，中國(guó)工程院院士王華明與團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)三十余年的不懈努力，在技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了彎道超車?，F(xiàn)階段，他們?nèi)栽诓粩鄤?chuàng)新，通過(guò)3D打印發(fā)展出全新一代的金屬材料，做出非常復(fù)雜，性能非常高、非常精的大構(gòu)件。

他說(shuō)，自己干的是金屬鑄造這件最古老的事，同時(shí)也是一件可能會(huì)改變未來(lái)重大裝備結(jié)構(gòu)的事。

美國(guó)叫停的事被中國(guó)干成了

2005年6月，中國(guó)第一個(gè)3D打印的鈦合金小零件被裝上飛機(jī)，就此完成金屬3D打印技術(shù)標(biāo)志性的一步。“這是殲-11B上的一個(gè)特別小的零件，別看小，但是要做到能在飛機(jī)上應(yīng)用，大概走了8年的路。”

中國(guó)由此成為率先突破這一技術(shù)的國(guó)家。在應(yīng)用成功后王華明才注意到，美國(guó)方面已宣稱，用3D打印的方法制造航空器的大型關(guān)鍵構(gòu)件這條路走不通，“由于他們當(dāng)時(shí)做出來(lái)的零件性能不行，就宣布停止3D打印金屬零件。”但在王華明看來(lái)，快速凝固是讓金屬材料的晶體變細(xì)，讓它的化學(xué)成分變均勻、變致密的公認(rèn)的方式，“所以我們就沿著這條路一直往前走。”

2009年，王華明和他的團(tuán)隊(duì)用3D打印技術(shù)，做出了國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919機(jī)頭鈦合金主風(fēng)擋整體窗框，這個(gè)“大家伙”的重量大約20斤，一個(gè)成年人可以輕松拿動(dòng)。

“當(dāng)時(shí)的情況是，如果要用厚板來(lái)?yè)傅脑?，我們沒有那個(gè)能力。歐洲有一家公司能干，但鍛造出來(lái)再加工出來(lái)零件得兩年，還得先掏200萬(wàn)美元模具費(fèi)。”找別人干花費(fèi)高、工期長(zhǎng)，最終王華明與團(tuán)隊(duì)采用3D打印完成了窗框，只用了55天，而成本僅為模具費(fèi)用的十分之一。

中國(guó)憑借3D打印技術(shù)，在飛機(jī)、火箭等重大裝備的大型復(fù)雜關(guān)鍵金屬構(gòu)件制造領(lǐng)域，第一次走到了世界先進(jìn)水平。從2017年起，中國(guó)3D打印專利數(shù)量超過(guò)全球其他國(guó)家的總和，3D打印產(chǎn)業(yè)應(yīng)用以世界最快的速度發(fā)展，已躍升為全球第二。

原動(dòng)力是做出最好的東西

“從青銅器時(shí)代到鐵器時(shí)代，從鈦時(shí)代到硅時(shí)代，幾千年來(lái)，我們一直在用金屬劃時(shí)代，從這個(gè)意義上說(shuō)，我干了最古老的事。”

上世紀(jì)八十年代末，學(xué)鑄造專業(yè)的王華明與3D打印結(jié)緣。“鑄造的毛病在哪兒？鑄進(jìn)去的東西太多，冷得太慢，晶體結(jié)晶收縮，收縮后有孔，就像空心蘿卜一樣，就需要再把它壓實(shí)。唯獨(dú)通過(guò)快速凝固，可以解決這些問(wèn)題。所以1989年來(lái)，我們想通過(guò)這種方法，從根上能解決材料問(wèn)題。”

王華明說(shuō)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)其實(shí)就是兩個(gè)老師帶著幾個(gè)學(xué)生一直干干干。設(shè)備不能停，需要有人24小時(shí)不間斷盯著，團(tuán)隊(duì)中有成員七八年沒見過(guò)太陽(yáng)，“一般人很難想象。”而大家做這一切的驅(qū)動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)效益無(wú)關(guān)，也不關(guān)乎寫論文，就純粹是希望一點(diǎn)點(diǎn)地實(shí)現(xiàn)3D打印工藝上的突破。

他坦言，從來(lái)沒想過(guò)在有生之年能把自己做的3D打印零件裝在飛機(jī)上。“一般搞航空的人，做一個(gè)航空新材料，可能從大學(xué)畢業(yè)開始做，到六十歲退休，做的東西也上不了飛機(jī)。我們當(dāng)時(shí)很自豪，用了8年的時(shí)間，做了一件破紀(jì)錄的有里程碑意義的事。”

過(guò)去三十多年來(lái)，王華明在研究3D打印的道路上不斷創(chuàng)新，“原動(dòng)力就是要做出最好的東西，讓材料的性能更好，讓材料做成零件能更便宜、更快、更簡(jiǎn)單。”

未來(lái)我們還能打印什么？

小到衣食住行，大到航空航天、醫(yī)療、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑等領(lǐng)域，3D打印正潛移默化地改變著人們對(duì)制造業(yè)的觀念。“重大裝備受力最關(guān)鍵的部分一定是金屬，怎么能讓金屬材料的性能更好、更強(qiáng)、更便宜？我認(rèn)為3D打印是解決之路。”

對(duì)于金屬3D打印的未來(lái)方向，王華明團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)的核心，是通過(guò)控制微區(qū)冶金過(guò)程，發(fā)展出全新一代的材料，例如新一代的鈦合金，新一代的超高強(qiáng)度鋼。在王華明看來(lái)，這或許會(huì)改變未來(lái)重大裝備的結(jié)構(gòu)。

以飛機(jī)為例，現(xiàn)在可能需要兩萬(wàn)多個(gè)零件，未來(lái)機(jī)身部分可能只需要幾個(gè)零件。“原來(lái)要做好幾十個(gè)零件、靠螺釘連接或靠焊接，未來(lái)可能通過(guò)3D打印，能做成一個(gè)整體，飛機(jī)機(jī)身有可能真就變成幾個(gè)零件了。”

而3D打印在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用不僅限于此，中國(guó)已論證過(guò)3D打印月球基地的可能性。

“月壤的成分主要是由硅酸鹽、氧化鐵、氧化鋁和氧化鈣等。在月球上采集月壤，過(guò)篩后打印。簡(jiǎn)單說(shuō)，就相當(dāng)于說(shuō)打印出來(lái)空心、絕熱的磚，再靠機(jī)器人一塊塊組裝成月球基地。”

王華明篤定地稱，在一定的時(shí)期之內(nèi)，如果3D打印的優(yōu)勢(shì)全發(fā)揮出來(lái)，對(duì)裝備的性能，對(duì)裝備制造的基礎(chǔ)工業(yè)等都有變革性的意義。“就像國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備，持續(xù)在發(fā)展進(jìn)步。在人類歷史長(zhǎng)河中會(huì)有怎樣的影響我不敢說(shuō)，但它一定是一種變化。”

來(lái)源：CCTV4《魯健訪談》

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