“十三五”是我国经济转型升级的窗口期，也是“中国制造”向“中国智造”转型升级的关键期。作为 21 世纪最具有颠覆性的高科技技术之一，3D 打印成为了“中国智造”崛起的重要催化剂，随着李克强总理请院士“敞开讲”3D 打印课以来，3D打印技术发展的热浪此起彼伏。

    3000 年的等材制造，300 年的减材制造，30 年的增材制造，这是人类发展史上制造工艺的基本呈现方式。一直以来，由于大型金属结构件制造技术的壁垒，我国无法自主生产许多大型机械的核心构件。2012年1月18日，王华明院士主持的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”项目获得国家技术发明一等奖，标志着我国的 3D 打印技术在大型金属结构件直接制造方面已经取得重大技术突破，打破了国际上本领域迟迟不能突破的局面，成为了未来产业发展的重要方向之一。为了全面探索 3D 打印的奥秘，了解金属 3D 打印科技发展前沿，弘扬科学精神。近日，记者采访到了金属3D打印领域的传奇人物——王华明院士，感受了这项 21 世纪最具有颠覆性的高科技之一的来世今生，并为这位科学家的卓越科研成就和坚毅科研精神所深深地感染！

    勤育英才泽神州 潜心科研结硕果

    王华明，北京航空航天大学材料科学与工程学院教授、中国工程院院士。他是“金属3D 打印”的第一位院士、中国激光 3D 打印引路人。他主持的“钛合金大型复杂整体构件激光立体成形技术”项目填补了我国在该领域的空白，打破美国等国家长期技术封锁，在我国金属 3D 打印的历史上具有里程碑的意义！

    1989 年，王华明获中国矿业大学摩擦学博士学位；1991 年，在中科院金属所做博士后期间破格晋升副研究员；1992 年，获“洪堡学者”称号；1994 年，回国后即全力投入到北航的教学与科研工作中。现任大型金属构件增材制造国家工程实验室主任、国防科技工业激光增材制造技术研究应用中心主任、大型整体金属构件激光直接制造教育部工程研究中心主任、北京市大型关键金属构件激光增材制造工程技术中心主任。

    在几十年的教学科研生涯中，王华明始终践行科学家精神，急国家之所需，不断攀登一个又一个科技高峰。他勇于创新，甘于奉献，淡泊名利，为我国国防科技事业和教育事业做出了重要贡献，表现出一位科技工作者的远大抱负和卓越才识。他教书育人近三十载，为我国培养了一大批材料加工行业的科研学者、技术骨干和管理人才；科研探索三十余载，为激光表面改性与激光增材制造的理论创新与技术进步起到了促进作用；工程实践三十余载，为激光增材制造技术的发展与应用做出了重要贡献！

采用“大型金属构件激光增材制造技术”生产出来的飞机机身整体加强框

“大型金属构件激光增材制造技术”应用于航空航天发动机叶片、涡轮等复杂精密零件

    教书育人，诲人不倦

    “教授首先是教师，教书育人是本职工作”，王华明以切身行动诠释这一理念。他一直工作在本科生和研究生教学第一线，自 1995 年以来讲授了《金属学原理》、《物理冶金原理》、《先进材料制备科学与技术》等主要课程 14门。他对课堂教学十分认真负责，力求讲授生动、富有启发性和创造性，授课时结合当今材料科学与工程的最新发展动态和自己的最新科研成果，做到理论联系实际，激发学生的兴趣，培养学生严谨的科学精神及分析解决问题的能力。他所教授的课程《增材制造技术》入选2014 年国家级精品视频公开课，他本人也被评为北航“学生最爱戴老师”和北京市总工会教育创新标兵等荣誉称号。

    20 多年来，他始终以“先做学生的朋友，再做学生的老师”为座右铭，坚持教书和育人并重。在培养研究生期间，从研究课题选择、方案制定、进度安排到论文撰写，每个环节他都亲自把关，并坚持定期听取学生汇报，及时了解学生的学习和工作进展。目前，他已累计培养研究生百余人，大多数已在金属材料加工领域成为兼具理论底蕴与实践能力的行业骨干，为祖国的科技事业贡献着光和热。

    技术创新，团结奋进

    王华明始终认为要想创新必须脚踏实地，必须结合国家重大战略需求，创造具有实际价值的创新成果。从 2000年开始，王华明和他的科研团队启动攻关，采用与我国主要飞机设计所、制造公司产学研结合模式，进行激光增材制造技术的研究。经过近 20 年的持续努力，突破一系列重大关键技术瓶颈，形成了钛合金等大型复杂整体构件激光成形“工艺 - 质量 - 装备 - 标准”整套技术成果，使我国成为迄今世界上唯一掌握钛合金大型整体主承力结构件激光快速成形技术并实现装机工程应用的国家，完成了高性能金属构件激光增材制造技术从“追赶”到“超越”的发展历程。

    王华明始终坚持团队的力量，繁重的项目研制和科研管理工作没有使他忘记作为团队领导人的职责，先后组建了大型整体金属构件激光直接制造教育部工程研究中心、北京市大型关键金属构件激光增材制造工程技术中心、国防科技工业激光增材制造技术研究应用中心和大型金属构件增材制造国家工程实验室，在完成科研任务中打造人才队伍。他的团队入选了“高性能大型复杂构件激光直接制造”教育部创新团队及首批万人计划重点领域创新团队。同时，他不断跟踪和引领科研前沿研究，积极开展新课题新技术的布局，带领团队围绕国家重大国防装备发展需求，展开新的技术攻关。

    严谨治学，硕果累累

    王华明治学态度严谨，不断追求完善。为了寻求科学理论的新突破，他常常从细节入手，与学生一起分析研究过程中的“新”现象，并十分注重试验数据的翔实、可靠，力求试验结果具有较好的可重复性。

    他把科研当成是自己最大的快乐源泉，科研成绩的取得离不开他对科技事业的热爱、对建设国防事业的强烈紧迫感与使命感，离不开他及所率领的团队的钻研奋斗。他已发表 SCI 收录论文180 余篇，以第一完成人身份获部级一等奖以上科技成果奖励 4 项，其中“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”成果获 2012 年度“国家技术发明一等奖”。为表彰他在航空工业领域所作出的突出贡献，中国航空工业集团公司特授予他“航空报国金奖”一等奖。

    这就是王华明院士，一个教书育人的实践者，一个学科发展的开拓者，一个科学研究的探索者。今天，他依旧满怀激情，斗志昂扬，带领团队继续实现新的跨越！

    机遇与挑战并存 发展与改革并重

    自 20 世纪 80 年代中期至今，3D打印技术已出现了近 30 个年头。一直在机械产品的设计制造过程中起到了重要作用。在较长的发展历程中，3D 打印由于技术、经济等因素的限制，没有对现有生产模式产生质的改变，进入2012 年之后，随着美国一系列制造业振兴计划的宣布，3D 打印作为制造业振兴的新技术而备受关注，由一个冷门的名词变得家喻户晓，资本市场也开始对其十分看好，堪称第三次工业革命的核心工艺！

    王院士表示，至今为止，诸多新方法、新应用还在不断地涌现。无论从结构、从材料还是从制造三个方面来讲，都具有广阔的发展空间！

    第一，3D 打印带来了结构设计的革命。3D 打印与传统制造技术的最大区别在于产品成型的过程上。在传统的制造业，整个制造流程一般需要经过开模具、铸造或锻造、切割、部件组装等过程成型。3D 打印则免去了复杂的过程，无需模具，一次成型。因此，3D 打印可以实现一些传统制造技术无法满足的设计想法，制造出更复杂的结构。

    第二，3D 打印带来了材料制备的革命。在金属零件的打印过程中，通过逐层熔化沉积，可以合成制备出很多用传统方法制备不出来的材料，可以控制局部的化学成分和局部的组织结构，实现同一个零件中不同部位具有不同的化学成分、组织结构和使用性能。因此，它不仅仅是一个零件制造技术，还是一个材料制备技术。

    第三，3D 打印带来了制造模式的变革。3D 打印能极大的降低制造业建立工厂的基本要求和投资额度，以前的制造都是在工厂里面，就是一条生产线，现在这个制造可能就是一台 3D 打印机，不一定安装在工厂里面，你也可以进行作坊式的操作。它可引发新一轮的小型企业兴旺和扩张的潮流，未来制造工业的进入门槛将会大幅度降低，很多企业将可以重新将制造从现在的专业分工的OEM 状态解放出来，全球产品近似化、雷同化、“科技以换壳为本”等现象将会得到终止。

    王院士强调，3D 打印无论是对装备的设计、装备的制造，还是对材料的加工，都是一个非常好的机遇。然而，任何事情都是一分为二的，机遇与挑战并存。

    以金属 3D 打印为例，毫无疑问，我国钛合金、超高强度钢等高性能、难加工的大型复杂整体构件 3D 打印技术在重大装备领域的成功工程应用走在国际先列。但未来还有诸多制约因素有待解决：

    首先是 3D 打印技术自身。我们还要做更多的研究，让工艺更优化，质量更稳定，标准更完善，装备更先进、更可控，构件性能更好。而且除了现有的钛合金、合金钢，还要对其它的材料体系做更多的研究，建立更加完善的标准。

    其次，需要人们对技术有更多的认识和了解。3D 打印技术现在受到较多民众和媒体的关注，然而，真正对产业了解的人还很少，尤其是对核心技术的了解与掌握。打印过程中材料经历了熔化、凝固和固态相变等，属于材料科学。因此，该技术需要材料学科和制造学科的融合，“形状”和“性能”两手都得控制好。

    再次，3D 打印优势体现在高性能、复杂、关键的构件，3D 打印在结构简单的领域里没有太大的应用优势。

    再就是，不是所有的材料都适合打印。便宜材料、脆性材料等就不适合 3D打印，这也是局限性之一。

    最后，3D 打印目前尚未进入大规模工业化，其工艺与装备都有待进一步开发。如何形成规模经济，是目前科技界和工业界有待解决的难题。

    谆谆教诲催奋进 誓以科技报国恩

    王院士感慨道，看着零件像树苗发芽一样，一毫米一毫米地堆积成长，激光扫描一下，零件就长高一层，那种感觉非常神奇。这是产学研结合的结果，也是大家团结协作、集体攻关的成果！众人拾柴火焰高，他觉得他的每一点进步和每一点成绩，都同中国共产党的英明领导和国家科技、经济、社会全面高速发展的大好环境密不可分，和北航及材料学院领导、同志们的关怀、培养和鼓励密不可分，同老教师以及同事们的无私帮助与支持密不可分，同激光材料加工制造技术实验室研究团队全体老师和同学们的辛勤努力密不可分。能为祖国的科技事业奋斗终身是每个科研工作者的责任和光荣！

    他强调，做人、干工作最重要的是要有责任心，要尽最大努力把每件事情做好。教书育人，桃李满天下当然是最幸福的事情；搞科研，须做国家所需、勇于担当，然后坚定不移地拼下去！坚信总会有拨开云雾见阳光的大好明天！

    他谈到，要做好每项科研工作，需做到以下三点：

    第一、定好目标，坚持不懈。科研是一个漫长的历程，所谓十年磨一剑，甚至几十年磨一剑，不能急功近利，需定好科研方向，然后坚持不懈地干下去。

    第二、做国家所需，一定要去做对人类社会进步有用的科学研究。国家需要什么、缺什么，我们就去做什么。影响因子不是衡量科研的唯一标准，我们应该更多地去关注实际的工程应用。

    第三、一定要去做前沿的、先进的科学研究。我们须理清技术发展方向，至少得知道我们研究的东西应该是具有应用前景的。

    后记：

    “今日长缨在手，何时缚住苍龙？”作为工业 4.0 时代最具发展前景的制造技术之一，作为提高航空航天装备设计和制造能力的一项关键技术，3D 打印与大数据、云计算、机器人、智能材料等多项先进技术的结合，必将成为高端装备制造行业关键环节。我们相信，未来它不仅让人类在航空航天征途上飞得更快、更高、更远！更将颠覆现有的生产、生活方式，在人类未来发展的卷轴上增添更加浓墨重彩的一笔！

    ● 人物简介

    王华明，1962 年 5 月生，四川省合江县人，金属增材制造专家，中国工程院院士。1983 年毕业于四川工业学院（现西华大学），1986 年获西安交通大学硕士学位，1989 年获中国矿业大学博士学位。现任北京航空航天大学教授、大型金属构件增材制造国家工程实验室主任、国防科技工业激光增材制造技术研究应用中心主任，兼任中国机械工程学会增材制造分会副主任委员。

    长期从事大型金属构件增材制造和表面工程技术研究。突破钛合金、超高强度钢等高性能难加工金属大型复杂关键构件激光增材制造工艺、成套装备和工程应用关键技术，开拓机械装备严酷环境关键摩擦副零部件激光熔覆多元金属硅化物高温耐蚀耐磨特种涂层新领域，成果在飞机、导弹、卫星、航空发动机等装备研制和生产中工程应用。发表 SCI 收录论文 180 余篇，获“国家技术发明一等奖”1 项、部级科技一等奖 3 项。

    曾获全国五一劳动奖章、航空报国金奖一等奖、何梁何利科技进步奖、国防科技工业杰出人才奖等荣誉。