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【解读】王华明院士眼中的中国增材制造

2016-01-03 08:15
Timeless落尘
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  国庆前夕,中共中央政治局以实施创新驱动发展战略为题举行第九次集体学习,“学习地点”为中关村。中央领导们重点考察了3D打印、集成电路装备、新一代信息技术、节能环保、新材料、生物和健康、航空航天等研发和生产企业,并与企业负责人和科研人员进行了深入交谈。中航天地激光科技有限公司王华明教授作为“钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”这一国内3D打印尖端技术发明人,当天为向中央领导们讲解了国际、国内3D打印技术现状和市场运用前景。

  据了解,3D打印技术被誉为第三次工业革命的重大标志性技术,中航激光运用的激光快速成型是3D打印技术中的高端技术,王华明教授因钛合金大型复杂整体构件激光成形技术研究的成就获得了2012年度国家技术发明奖一等奖。

  中航激光主要从事大型钛合金、高强钢等高性能金属结构件激光快速成型技术的研发、生产加工及销售,产品主要应用于先进战机、大型飞机、高推重比航空发动机、重型燃气轮机等高端大型工业装备。目前A股市场中,中航投资、中航重机是中航天地激光的股东,中航投资此前于7月单方面向天地激光增资1000万元。同时,凭借金融控股优势,中航投资还能以旗下的如中航信托等多种金融工具推动中航激光3D打印技术的产业化应用。

  市场人士认为,中央领导此次集体考察体现了对科技创新的高度重视,必将极大激发企业对于自主研发的热情。

  王华明,北京航空航天大学材料学院材料加工工程系主任、材料加工工程学科责任教授、“长江学者特聘教授”。开辟“快速凝固激光材料制备与成形”研究新领域,建成先进的“激光材料加工制造技术实验室”,在先进材料快速凝固激光制备加工与成形制造领域取得多项原创性成果并在航空发动机及飞机上得到应用。2000年来主持“国家自然科学基金重点项目”、“国家863计划课题”“教育部跨世纪优秀人才计划基金”、“总装武器装重点基金”、“国防基础科研重点项目”等科研项目10余项,发表论文被SCI及EI收录137篇次、授权与申请发明专利7项、获得“北京市教学成果一等奖”及“国家教学成果二等奖”。2013年入选国家“万人计划”第一批科技创新领军人才。

  主要从事以下几个方向的研究:

  (1)提出“激光熔覆多元多相过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层”研究新方向,研究出Cr3Si/Cr2Ni3Si等耐磨性能优异并同时具有“反常磨损-载荷特性”、“反常磨损-温度特性”、“不粘金属特性”等性质的过渡金属硅化物多功能涂层材料新体系10余个,系列研究论文被《Advanced Coatings & Surface Technology》国际期刊“专题报道”;

  (2)在对高推重比航空发动机关键摩擦副零部件高温高速“超常”摩擦学行为深入研究基础上,研究出含碳量高达9~12%的“激光熔覆超高碳Cr-Ni-C高温自润滑特种耐磨涂层新材料”,在我国某新型航空发动机关键热端高温耐磨运动副零部件上得到成功应用,获“国防科学技术奖”二等奖;

  (3)在对钛合金非接触激光熔化冶金晶体择优生长特性深入实验与理论研究的基础上,发明“定向生长柱晶钛合金激光区域约束熔铸冶金材料制备与发动机叶片等复杂零件激光直接成形新技术”,钛合金高温持久寿命提高10倍以上;

  (4)突破飞机钛合金等高性能金属结构件激光快速成形关键技术及关键工艺装备技术,激光快速成形BT20钛合金机身关键结构件通过装机试飞前构件全部地面考核并已通过装机评审即将完成实际装机应用;将“合金超纯净精炼”、“定向凝固”、“快速凝固”等三大先进高温合金制备技术与“激光快速成形技术”有机融合为一体,提出“超纯净径向微细柱晶梯度组织高性能高温合金涡轮盘”新思路及其近终形零件激光直接成形制造新技术,成功制造出直径达450mm的超纯净径向微细柱晶梯度组织高性能高温合金涡轮盘件;

  (5)发明了“水冷铜模激光熔炼炉”及难熔、难加工、高活性金属材料激光熔铸材料制备与零件直接成形新工艺”,成功实现W等难熔合金及W/W5Si3等难熔金属增强超高温“原位”复合材料及其零件的激光熔铸冶金制备与成形制造,为难熔难加工高性能合金材料的制备与复杂零件成形制造找到了一条新的途径;

  (6)发现“高Jackson因子小面晶体”光滑液-固界面及台阶生长机制对凝固冷却速度及界面过冷度的高度不敏感性,对在经典凝固理论中被广泛接受的“随凝固冷却速度或界面过冷度的增加、小面晶体液/固界面结构将由原子尺度光滑向原子尺度粗糙转变、生长机制由侧向生长向连续生长机制转变”经典凝固理论“著名推论”的适用范围进行了合理补充。

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