“十三五”是我國經濟轉型升級的窗口期，也是“中國制造”向“中國智造”轉型升級的關鍵期。作為 21 世紀最具有顛覆性的高科技技術之一，3D 打印成為了“中國智造”崛起的重要催化劑，隨著李克強總理請院士“敞開講”3D 打印課以來，3D打印技術發展的熱浪此起彼伏。

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

    勤育英才澤神州 潛心科研結碩果

    王華明，北京航空航天大學材料科學與工程學院教授、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“鈦合金大型復雜整體構件激光立體成形技術”項目填補了我國在該領域的空白，打破美國等國家長期技術封鎖，在我國金屬 3D 打印的歷史上具有里程碑的意義！

    1989 年，王華明獲中國礦業大學摩擦學博士學位；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“洪堡學者”稱號；1994 年，回國后即全力投入到北航的教學與科研工作中。現任大型金屬構件增材制造國家工程實驗室主任、國防科技工業激光增材制造技術研究應用中心主任、大型整體金屬構件激光直接制造教育部工程研究中心主任、北京市大型關鍵金屬構件激光增材制造工程技術中心主任。

    在幾十年的教學科研生涯中，王華明始終踐行科學家精神，急國家之所需，不斷攀登一個又一個科技高峰。他勇于創新，甘于奉獻，淡泊名利，為我國國防科技事業和教育事業做出了重要貢獻，表現出一位科技工作者的遠大抱負和卓越才識。他教書育人近三十載，為我國培養了一大批材料加工行業的科研學者、技術骨干和管理人才；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新與技術進步起到了促進作用；工程實踐三十余載，為激光增材制造技術的發展與應用做出了重要貢獻！

采用“大型金屬構件激光增材制造技術”生產出來的飛機機身整體加強框

“大型金屬構件激光增材制造技術”應用于航空航天發動機葉片、渦輪等復雜精密零件

    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第一線，自 1995 年以來講授了《金屬學原理》、《物理冶金原理》、《先進材料制備科學與技術》等主要課程 14門。他對課堂教學十分認真負責，力求講授生動、富有啟發性和創造性，授課時結合當今材料科學與工程的最新發展動態和自己的最新科研成果，做到理論聯系實際，激發學生的興趣，培養學生嚴謹的科學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》入選2014 年國家級精品視頻公開課，他本人也被評為北航“學生最愛戴老師”和北京市總工會教育創新標兵等榮譽稱號。

    20 多年來，他始終以“先做學生的朋友，再做學生的老師”為座右銘，堅持教書和育人并重。在培養研究生期間，從研究課題選擇、方案制定、進度安排到論文撰寫，每個環節他都親自把關，并堅持定期聽取學生匯報，及時了解學生的學習和工作進展。目前，他已累計培養研究生百余人，大多數已在金屬材料加工領域成為兼具理論底蘊與實踐能力的行業骨干，為祖國的科技事業貢獻著光和熱。

    技術創新，團結奮進

    王華明始終認為要想創新必須腳踏實地，必須結合國家重大戰略需求，創造具有實際價值的創新成果。從 2000年開始，王華明和他的科研團隊啟動攻關，采用與我國主要飛機設計所、制造公司產學研結合模式，進行激光增材制造技術的研究。經過近 20 年的持續努力，突破一系列重大關鍵技術瓶頸，形成了鈦合金等大型復雜整體構件激光成形“工藝 - 質量 - 裝備 - 標準”整套技術成果，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構件激光快速成形技術并實現裝機工程應用的國家，完成了高性能金屬構件激光增材制造技術從“追趕”到“超越”的發展歷程。

    王華明始終堅持團隊的力量，繁重的項目研制和科研管理工作沒有使他忘記作為團隊領導人的職責，先后組建了大型整體金屬構件激光直接制造教育部工程研究中心、北京市大型關鍵金屬構件激光增材制造工程技術中心、國防科技工業激光增材制造技術研究應用中心和大型金屬構件增材制造國家工程實驗室，在完成科研任務中打造人才隊伍。他的團隊入選了“高性能大型復雜構件激光直接制造”教育部創新團隊及首批萬人計劃重點領域創新團隊。同時，他不斷跟蹤和引領科研前沿研究，積極開展新課題新技術的布局，帶領團隊圍繞國家重大國防裝備發展需求，展開新的技術攻關。

    嚴謹治學，碩果累累

    王華明治學態度嚴謹，不斷追求完善。為了尋求科學理論的新突破，他常常從細節入手，與學生一起分析研究過程中的“新”現象，并十分注重試驗數據的翔實、可靠，力求試驗結果具有較好的可重復性。

    他把科研當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的熱愛、對建設國防事業的強烈緊迫感與使命感，離不開他及所率領的團隊的鉆研奮斗。他已發表 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，其中“飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成形技術”成果獲 2012 年度“國家技術發明一等獎”。為表彰他在航空工業領域所作出的突出貢獻，中國航空工業集團公司特授予他“航空報國金獎”一等獎。

    這就是王華明院士，一個教書育人的實踐者，一個學科發展的開拓者，一個科學研究的探索者。今天，他依舊滿懷激情，斗志昂揚，帶領團隊繼續實現新的跨越！

    機遇與挑戰并存 發展與改革并重

    自 20 世紀 80 年代中期至今，3D打印技術已出現了近 30 個年頭。一直在機械產品的設計制造過程中起到了重要作用。在較長的發展歷程中，3D 打印由于技術、經濟等因素的限制，沒有對現有生產模式產生質的改變，進入2012 年之后，隨著美國一系列制造業振興計劃的宣布，3D 打印作為制造業振興的新技術而備受關注，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，堪稱第三次工業革命的核心工藝！

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

    第一，3D 打印帶來了結構設計的革命。3D 打印與傳統制造技術的最大區別在于產品成型的過程上。在傳統的制造業，整個制造流程一般需要經過開模具、鑄造或鍛造、切割、部件組裝等過程成型。3D 打印則免去了復雜的過程，無需模具，一次成型。因此，3D 打印可以實現一些傳統制造技術無法滿足的設計想法，制造出更復雜的結構。

    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方法制備不出來的材料，可以控制局部的化學成分和局部的組織結構，實現同一個零件中不同部位具有不同的化學成分、組織結構和使用性能。因此，它不僅僅是一個零件制造技術，還是一個材料制備技術。

    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，就是一條生產線，現在這個制造可能就是一臺 3D 打印機，不一定安裝在工廠里面，你也可以進行作坊式的操作。它可引發新一輪的小型企業興旺和擴張的潮流，未來制造工業的進入門檻將會大幅度降低，很多企業將可以重新將制造從現在的專業分工的OEM 狀態解放出來，全球產品近似化、雷同化、“科技以換殼為本”等現象將會得到終止。

    王院士強調，3D 打印無論是對裝備的設計、裝備的制造，還是對材料的加工，都是一個非常好的機遇。然而，任何事情都是一分為二的，機遇與挑戰并存。

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

    首先是 3D 打印技術自身。我們還要做更多的研究，讓工藝更優化，質量更穩定，標準更完善，裝備更先進、更可控，構件性能更好。而且除了現有的鈦合金、合金鋼，還要對其它的材料體系做更多的研究，建立更加完善的標準。

    其次，需要人們對技術有更多的認識和了解。3D 打印技術現在受到較多民眾和媒體的關注，然而，真正對產業了解的人還很少，尤其是對核心技術的了解與掌握。打印過程中材料經歷了熔化、凝固和固態相變等，屬于材料科學。因此，該技術需要材料學科和制造學科的融合，“形狀”和“性能”兩手都得控制好。

    再次，3D 打印優勢體現在高性能、復雜、關鍵的構件，3D 打印在結構簡單的領域里沒有太大的應用優勢。

    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 打印目前尚未進入大規模工業化，其工藝與裝備都有待進一步開發。如何形成規模經濟，是目前科技界和工業界有待解決的難題。

    諄諄教誨催奮進 誓以科技報國恩

    王院士感慨道，看著零件像樹苗發芽一樣，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。這是產學研結合的結果，也是大家團結協作、集體攻關的成果！眾人拾柴火焰高，他覺得他的每一點進步和每一點成績，都同中國共產黨的英明領導和國家科技、經濟、社會全面高速發展的大好環境密不可分，和北航及材料學院領導、同志們的關懷、培養和鼓勵密不可分，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實驗室研究團隊全體老師和同學們的辛勤努力密不可分。能為祖國的科技事業奮斗終身是每個科研工作者的責任和光榮！

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

    他談到，要做好每項科研工作，需做到以下三點：

    第一、定好目標，堅持不懈。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步有用的科學研究。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準，我們應該更多地去關注實際的工程應用。

    第三、一定要去做前沿的、先進的科學研究。我們須理清技術發展方向，至少得知道我們研究的東西應該是具有應用前景的。

    后記：

    “今日長纓在手，何時縛住蒼龍？”作為工業 4.0 時代最具發展前景的制造技術之一，作為提高航空航天裝備設計和制造能力的一項關鍵技術，3D 打印與大數據、云計算、機器人、智能材料等多項先進技術的結合，必將成為高端裝備制造行業關鍵環節。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！更將顛覆現有的生產、生活方式，在人類未來發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 年畢業于四川工業學院（現西華大學），1986 年獲西安交通大學碩士學位，1989 年獲中國礦業大學博士學位。現任北京航空航天大學教授、大型金屬構件增材制造國家工程實驗室主任、國防科技工業激光增材制造技術研究應用中心主任，兼任中國機械工程學會增材制造分會副主任委員。

    長期從事大型金屬構件增材制造和表面工程技術研究。突破鈦合金、超高強度鋼等高性能難加工金屬大型復雜關鍵構件激光增材制造工藝、成套裝備和工程應用關鍵技術，開拓機械裝備嚴酷環境關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域，成果在飛機、導彈、衛星、航空發動機等裝備研制和生產中工程應用。發表 SCI 收錄論文 180 余篇，獲“國家技術發明一等獎”1 項、部級科技一等獎 3 項。

    曾獲全國五一勞動獎章、航空報國金獎一等獎、何梁何利科技進步獎、國防科技工業杰出人才獎等榮譽。