近日，《院士開講》第九期在抖音、西瓜視頻和今日頭條上線。中國工程院院士王華明以“萬物皆可輕松打印”為題，為網(wǎng)友講述了3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程，以及這項技術(shù)給航空航天等領(lǐng)域重大裝備制造帶來的變革。

王華明院士是北京航天航空大學(xué)教授，大型金屬構(gòu)件增材制造國家工程實驗室主任，2015年當(dāng)選為中國工程院院士。該期節(jié)目上線至今已經(jīng)吸引超過720萬人次觀看。

親歷3D打印技術(shù)發(fā)展歷程

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。

3D打印技術(shù)剛出現(xiàn)的時候，也叫增材制造。其原理是把復(fù)雜的三維零件切分成無窮多的二維平面，逐層完成材料制備。王華明院士將這個過程比喻成定積分、做CT掃描，“把無窮多張CT的片子摞起來，疊在一起那就是一個復(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國家綜合工業(yè)實力的技術(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。

在節(jié)目中，王華明回顧了自己和團(tuán)隊的攻堅經(jīng)歷。2000年，他帶領(lǐng)研究團(tuán)隊進(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)隊耗費(fèi)多年時間，經(jīng)過不斷的鉆研和試錯，成功研制出大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光直接制造技術(shù)。這項研究成果使中國突破飛機(jī)鈦合金大型主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)、并實現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用，他也因此在2012年獲得國家技術(shù)發(fā)明一等獎。

從國產(chǎn)大飛機(jī)C919到中國新一代載人飛船實驗船，很多國家重大專項和裝備都應(yīng)用了王華明院士的研究成果。

形象語言展示材料變革

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”。同一年7月，他參加了央視科普欄目《開講啦》。如今，他來到《院士開講》，分享3D打印硬核知識。

王華明院士的講述信息量很大，但平實易懂，恰當(dāng)?shù)谋扔饔兄诶斫狻Ｋ枋?D打印的過程，“看著零件像樹苗發(fā)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。”

他還把金屬3D打印的制作過程比喻成做面食。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，即金屬塑性好，嚼起來筋道，即金屬的強(qiáng)度高。

王華明院士將金屬3D打印的未來方向總結(jié)為：高效率、高精度、高性能。這也是王華明院士團(tuán)隊瞄準(zhǔn)的核心——通過控制微區(qū)冶金過程，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打印也會改變未來裝備的結(jié)構(gòu)。王華明院士以飛機(jī)舉例：“這個飛機(jī)也許有三萬個零件，自重好幾十噸，現(xiàn)在有了3D打印之后，幾萬個零件也許就可以變成兩千個，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。 據(jù)了解，《院士開講》欄目由中國科協(xié)“科創(chuàng)中國”與抖音聯(lián)合出品，邀請國內(nèi)知名院士講授各類頂尖科技知識。欄目未來會以每個月兩期的頻率在抖音等平臺發(fā)布，用戶可以在搜索“院士開講”觀看完整內(nèi)容。(林梅)

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