近日，由北京市委宣传部、北京市科委联合主办，北京科技协作中心、首都科技服务业协会与北京电视台承办的“推动‘北京创造’的科技人物——2014首都科技盛典”在北京电视台举行。
据悉，这20位获奖人物平均年龄48.5岁，均工作在科研第一线，研发专业涵盖七大战略新兴领域。2014首都科技盛典通过弘扬他们甘于奉献、勇于创新的精神，突出科技成果带来的巨大变化，让全社会感受到科技的强大力量。
其中北京航空航天大学教授王华明也获得推动“北京创造”的科技人物荣誉。王华明在国际上首次全面突破飞机钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体主承力构件激光成形关键技术，并建立完整标准体系，研制出了迄今世界最大的激光成形工程化成套装备，使我国成为迄今世界上唯一突破该技术并实现装机工程应用的国家。研究出三大系列激光熔覆特种耐磨涂层新体系，该项技术已应用于航空发动机的多个产品的研制与生产，在高浓度铁矿浆高压长距离输运管线上使用。
荣获国家技术发明奖一等奖
2012年度国家科学技术奖励出台，根据《国家科学技术奖励条例》的规定，经国家科学技术奖励评审委员会评审、国家科学技术奖励委员会审定和科技部审核，国务院批准并报请国家主席胡锦涛签署，授予郑哲敏院士、王小谟院士2012年度国家最高科学技术奖;国务院批准，授予“水稻复杂数量性状的分子遗传调控机理”等41项成果国家自然科学奖二等奖，授予“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”等3项成果国家技术发明奖一等奖，授予“修复周围神经缺损的新技术及其应用”等74项成果国家技术发明奖二等奖，授予“嫦娥二号工程”等3项成果国家科学技术进步奖特等奖，授予“盾构装备自主设计制造关键技术及产业化”等22项成果国家科学技术进步奖一等奖，授予“特色热带作物种质资源收集评价与创新利用”等187项成果国家科学技术进步奖二等奖，授予美国化学家理查德·杰尔等5名外国专家中华人民共和国国际科学技术合作奖。
北京航空航天大学教授王华明以“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获国家技术发明奖一等奖。
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。
当前，“绿色浪潮”席卷全球，推行绿色制造技术，实现制造过程的环保、绿色化已是题中之义。而“增材制造”在这一浪潮的影响下受到日益广泛的关注。北京航空航天大学的王华明教授及其带领的科研团队在大型钛合金结构件激光直接制造技术领域取得令人瞩目的成绩，并且在航空航天装备应用中取得了重要突破。
钛合金构件激光增材制造技术产业化
钛合金具有密度低、比强度高、屈强比高、耐蚀性及高温力学性能好等突出特点，在航空、航天、石化、船舶等工业装备中用量越来越大而且主要被广泛用作各种机身加强框、梁、接头等飞机大型关键主承力结构件。以航空应用为例，如波音公司和空客公司研制的新一代民用客机(B一787、A一380)中钛合金用量已由第三代(B一747、A一300)的不到4%上升到9%以上，第三代歼击机中钛合金结构件用量由F-16的约3%增加到了F/A18-ElF、苏-27的15%以上，而第四代歼击机F一22中钛合金结构件用量已占机身结构总重量的41%，事实上，大型整体钛合金结构件用量的高低已成为衡量飞机等国防装备技术先进性的重要标志之一。
但是，由于受钛合金本性的影响，采用“锻造+机械加工”等传统技术制造这些大型复杂钛合金关键结构件，不仅需要大型钛合金铸锭熔铸与制坯、万吨级以上重型液压锻造工业装备，而且制造工序繁多、工艺复杂，需要大型钛合金铸锭真空熔铸、大规格锻坯制备、大型锻造模具加工等，零件机械加工余量很大、材料利用率低(一般小于5～10%)、数控加工时间长、制造成本高、生产周期长，严重制约了大型钛合金结构件在先进工业及国防装备中的广泛应用，大型钛合金主承力结构件低成本、短周期成形制造技术，也是制约我国航空装备研制与生产的技术“瓶颈”之一!
高性能金属结构件激光熔化沉积“近净成形”制造技术，利用快速原型制造(rapid prototype manufacturing，RPM)的基本原理，以金属粉末(或丝材)为原材料，通过高能激光束对金属原材料的逐层熔化堆积，直接由零件CAD模型一步完成全致密、高性能、大型复杂金属零件的“近终成形”制造(near-net-shape manufacturincl)，是一种具有“变革性”意义的数字化、短周期、低成本、先进“近净成形”制造新技术，在航空、航天等国防装备研制与生产中具有广阔的应用前景。
1、飞机钛合金结构件激光快速成形技术国外研究进展
迄今为止，国外只有美国AeroMet公司(1998年MTS公司出资与宾州州立大学、约翰哈普金斯大学合作成立了专门从事飞机钛合金结构件激光快速成形制造的高技术公司，该公司2005年1 2月已破产倒闭)，在2002～2005年期间实现了激光快速成形钛合金结构件在飞机上的应用。AeroMet公司在美国国防部“军民两用科技计划”、美国空军“锻造计划”、美国陆军“满特”计划等计划的资助下，同Boeinq、Lockheed-Martin公司等军用飞机制造商密切合作，开展飞机机身钛合金复杂结构件激光快速成形技术研究，2000年9月成功完成对激光成形钛合金全尺寸飞机机翼结构件的地面性能考核试验，构件疲劳强度及静强度达到了取代传统锻造及铸造飞机钛合金构件的要求。
2001年起AeroMet公司开始小批量为波音公司生产F/A-18E/F舰载联合歼击/攻击机供应发动机舱推力拉梁、机翼转动折叠接头、翼梁、带筋壁板及龙骨梁壁板等机翼钛合金非主承力结构件。2002年制定出了激光快速成形Ti6A14V产品技术标准，该公司从2002年开始直到2005年12月宣布破产倒闭为止，激光快速成形制造的Ti6A14V等飞机钛合金构件已在F-22、F/A18-ElF等飞机上装机应用。
美国AeroMet公司是世界历史上第一家掌握飞机钛合金结构件激光快速成形技术并成功实现装机应用的单位，但令人遗憾的是。由于受其激光快速成形工艺固有缺点的影响，其激光快速成形Ti6A14V等钛合金构件即使经过后续热等静压(HIP)或开模锻造(Open Die Forging)加工，零件材料的疲劳性能始终明显低于锻件水平(如图4所示)，致使激光快速成形钛合金构件无法实现在飞机关键主承力结构件上的应用，限制了激光快速成形钛合金结构件在飞机上的应用范围并最终导致Ae roMet公司于2005年12月宣布破产倒闭。
2、飞机钛合金结构件激光快速成形技术国内研究进展
迄今国内开展过钛合金激光快速成形技术研究的单位只有北京有色金属研究总院、西北工业大学和北京航空航天大学等少数几家单位，但除北航外，尚未实现在飞机上的装机应用。
北京航空航天大学激光材料成形与制备实验室，在国家自然科学基金“重点”项目及“杰出青年基金”项目、国家“973计划”专题、国家“863计划”重点项目等项目的重点支持下，与沈阳飞机设计研究所等单位产学研紧密结合，白1998年以来一直致力于钛合金结构激光快速成形工艺、成套工艺装备及工程化应用关键技术的研究。
“十五”期问，自主研制成功国内首套、具有自主知识产权的“自由平面接触/动态密封/惰性气氛保护”钛合金结构件激光快速成形成套工艺装备系统。突破了飞机钛合金次承力结构件激光熔化沉积制造工艺及装机应用关键技术，激光熔化沉积制造TC4、TAl5、BT22、TC2等钛合金室温及高温拉伸、高温持久、高温蠕变、光滑疲劳、缺El疲劳等力学性能均显著超过锻件，2005年来激光快速成形TAl5、TC4等多种钛合金结构件，已实现在飞机上的装机应用，零件材料利用率提高了5倍、制造周期缩短了2/3、制造成本降低了1/2以上。
“十一五”期间，在飞机大型主承力钛合金结构件激光熔化沉积制造工艺、成套装备、过程控制、长期工艺稳定性及构件质量保障等系列核心关键技术上取得了突破性进展：
1.研究出了大型整体钛合金主承力结构件激光快速成形新工艺，解决了激光快速成形大型整体钛合金主承力结构件变形与开裂的的“技术难题”。
2.提出并掌握了激光快速成形飞机大型整体钛合金主承力构件凝固组织晶粒形态及热处理显微组织主动控制新方法。
3.认识激光快速成形飞机钛合金大型主承力结构件内部缺陷形成机理并突破内部缺陷与质量控制关键技术。
4.突破了激光快速成形飞机钛合金大型主承力整体结构件组织和内部质量控制关键技术，激光快速成形大型整体钛合金主承力构件综合力学性能达到和超过钛合金模锻件，其中，缺口疲劳极限超过钛合金模锻件40%以上、高温持久寿命较模锻件提高400%以上。
5.成功激光快速成形制造出了零件单件重量逾110kq的多种钛合金关键结构件及迄今国内尺寸最大的大型整体钛合金飞机主承力结构件。
3、中国钛合金3D打印后来居上
我国的钛合金激光成形技术起步较晚，直到1995年美国解密其研发计划3年才开始投入研究。早期基本属于跟随美国的学习，在全国多所大学和研究所设立实验室进行研究。其中，中航激光技术团队取得的成就最为显著。
早在2000年前后，中航激光技术团队就已经开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发，在国家特别是军方资金的持续支持下，经过数年研发，解决了“惰性气体保护系统”、“热应力离散”、“缺陷控制”、“晶格生长控制”等多项世界技术难题、生产出结构复杂、尺寸达到4m量级、性能满足主承力结构要求的产品，具有了商业应用价值。
目前，我国已经具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。成为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造并且装机工程应用的国家。
节约90%的材料和成本
在解决了材料变形和缺陷控制的难题后，中国生产的钛合金结构部件迅速成为中国航空研制的一项独特优势。由于钛合金重量轻，强度高，钛合金构件在航空领域有着广泛的应用前景。目前，先进战机上的钛合金构件所占比例已经超过20%。
传统的钛合金零件制造主要依靠铸造和锻造。其中铸造零件易于大尺寸制造，但重量较大且无法加工成精细的形状。锻造切削虽然精度较好，美国F-22战机的主要承力部件便是大型铸造钛合金框。但是零件制造浪费严重，原料的95%都会被作为废料切掉，而且锻造钛合金的尺寸受到严格的限制：3万吨大型水压机只能锻造不超过0.8平方米的零件，即使世界上最大的8万吨水压机，锻造的零件尺寸也不能超过4.5平方米。而且这两种技术都无法制造复杂的钛合金构件，而焊接则会遇到可怕的钛合金腐蚀现象。
激光钛合金成形技术则完全解决了这一系列难题，由于采用叠加技术，它节约了90%十分昂贵的原材料，加之不需要制造专用的模具，原本相当于材料成本1~2倍的加工费用现在只需要原来的10%。加工1吨重量的钛合金复杂结构件，粗略估计，传统工艺的成本大约是2500万元，而激光3D焊接快速成型技术的成本仅130万元左右，其成本仅是传统工艺的5%。
更重要的是，许多复杂结构的钛合金构建可以通过3D打印的方式一体成型，不仅节省了工时，还大大提高了材料强度。F-22的钛合金锻件如果使用中国的3D打印技术制造，在强度相当的情况下，重量最多可以减少40%。 |
