近日，《院士開講》第九期在抖音、西瓜視頻和今日頭條上線。中國(guó)工程院院士王華明以“萬(wàn)物皆可輕松打印”為題，為網(wǎng)友講述了3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程，以及這項(xiàng)技術(shù)給航空航天等領(lǐng)域重大裝備制造帶來(lái)的變革。
王華明是北京航天航空大學(xué)教授，大型金屬構(gòu)件增材制造國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室主任，2015年當(dāng)選為中國(guó)工程院院士，被認(rèn)為是中國(guó)金屬3D打印技術(shù)的帶頭人。該期節(jié)目上線至今，已經(jīng)吸引超過(guò)720萬(wàn)人次觀看。
演講中，王華明院士結(jié)合自身經(jīng)歷，介紹了3D打印的發(fā)展歷程。他出生于1962年，是改革開放后第三批大學(xué)生，在八十年代走上科研道路。
當(dāng)時(shí)，3D打印開始出現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)也叫增材制造。其原理是把復(fù)雜的三維零件，切分成無(wú)窮多的二維平面，逐層完成材料制備。王華明院士將這個(gè)過(guò)程比喻成定積分、做CT掃描，“把無(wú)窮多張CT的片子摞起來(lái)，疊在一起那就是一個(gè)復(fù)雜大腦”。
3D打印技術(shù)也被應(yīng)用在重大裝備制造領(lǐng)域，比如飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)“鈦合金”等大型關(guān)鍵構(gòu)件。王華明院士在《院士開講》中表示，大型關(guān)鍵金屬構(gòu)件制造能力，反映了一個(gè)國(guó)家綜合工業(yè)實(shí)力的技術(shù)水平，而在鈦合金關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件用量的高低，被認(rèn)為是衡量技術(shù)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。
按照傳統(tǒng)的材料冶金和鍛造方法，這些大型金屬構(gòu)件需要耗費(fèi)大量成本，制約很多。3D打印技術(shù)則突破了傳統(tǒng)方法的尺寸和結(jié)構(gòu)限制，并控制制作質(zhì)量，大幅提升材料性能。
在《院士開講》中，王華明回顧了自己和團(tuán)隊(duì)的攻堅(jiān)經(jīng)歷。2000年，他帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)入3D打印領(lǐng)域，圍繞鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等高性能金屬，研制大型關(guān)鍵構(gòu)件激光增材制造技術(shù)，也就是通常所說(shuō)的“金屬3D打印”技術(shù)。2005年，他的研究成果開始被應(yīng)用到飛機(jī)制造中。
此后，王華明團(tuán)隊(duì)耗費(fèi)多年時(shí)間，經(jīng)過(guò)不斷的鉆研和試錯(cuò)，成功研制出大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光直接制造技術(shù)。這項(xiàng)研究成果使中國(guó)成為目前世界上唯一突破飛機(jī)鈦合金大型主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)、并實(shí)現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用的國(guó)家，他也因此在2012年獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。
從國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919到中國(guó)新一代載人飛船實(shí)驗(yàn)船，很多國(guó)家重大專項(xiàng)和裝備都應(yīng)用了王華明院士的研究成果。
王華明院士在科學(xué)研究之外，很看重課堂教學(xué)和科學(xué)普及。2020年，他獲得了由教育部頒發(fā)的“2020年度杰出教學(xué)獎(jiǎng)”。同一年7月，他參加了央視科普欄目《開講啦》。如今，他來(lái)到《院士開講》，與抖音網(wǎng)友分享3D打印硬核知識(shí)。
王華明院士的講述信息量很大，但平實(shí)易懂，恰當(dāng)?shù)谋扔饔兄诶斫狻Ｋ枋?D打印的過(guò)程，“看著零件像樹苗發(fā)芽一樣，一毫米一毫米地堆積成長(zhǎng)，激光掃描一下，零件就長(zhǎng)高一層，那種感覺非常神奇。”
他還把金屬3D打印的制作過(guò)程比喻成做面食。金屬里的晶體就像面粉，面粉磨得夠細(xì)、揉得夠均勻，就能拉得很長(zhǎng)，即金屬塑性好，嚼起來(lái)筋道，即金屬的強(qiáng)度高。
王華明院士將金屬3D打印的未來(lái)方向總結(jié)為：高效率，高精度，高性能。這也是王華明院士團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)的核心——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。
除了材料性能，金屬3D打印也會(huì)改變未來(lái)裝備的結(jié)構(gòu)。王華明院士以飛機(jī)舉例，“這個(gè)飛機(jī)也許三萬(wàn)個(gè)零件，自重好幾十噸，現(xiàn)在有了3D打印之后，幾萬(wàn)個(gè)零件也許就可以變成兩千個(gè)，數(shù)量大幅減少。”
該期《院士開講》在抖音、西瓜視頻、今日頭條上線后，受到網(wǎng)友好評(píng)。 據(jù)了解，《院士開講》欄目由中國(guó)科協(xié)“科創(chuàng)中國(guó)”與抖音聯(lián)合出品，該欄目邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)知名院士講授各類頂尖科技知識(shí)。未來(lái)，欄目都會(huì)以每個(gè)月兩期的頻率在抖音等平臺(tái)發(fā)布，用戶可以在抖音搜索“院士開講”，觀看完整內(nèi)容。