從幾厘米到幾十厘米高的彎曲金屬板上，布滿了一個(gè)個(gè)帶有斜角度的小格子，這種被稱為“格柵”的金屬件是飛機(jī)上的零件。成品看似簡(jiǎn)單，制造卻不一般——3D打印出來(lái)。因?yàn)樗鼈兊膹澏群托「褡拥慕嵌仁莻鹘y(tǒng)機(jī)械加工不能完成的。

 

設(shè)計(jì)并加工出這種特殊零件的是中航工業(yè)北京航空制造工程研究所高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一群年輕人，平均年齡30出頭，各個(gè)專(zhuān)業(yè)部門(mén)的負(fù)責(zé)人也都只有三十五六歲。他們完成的一個(gè)高420毫米的零件，是世界上至今能夠打印的最大鈦合金飛機(jī)零件。

 

 這項(xiàng)被通俗地稱為3D打印技術(shù)的“增材制造技術(shù)”，是把金屬合金粉一層層鋪好，用激光按照設(shè)計(jì)的路線進(jìn)行高溫熔化，使零件一層層被打印出來(lái)，一個(gè)零件要打印上萬(wàn)層。從10多年前開(kāi)始涉足這項(xiàng)國(guó)際前沿技術(shù)，到今天站到了同領(lǐng)域的國(guó)際最高點(diǎn)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人鎖紅波說(shuō)，這要?dú)w功于實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)頭人——中航工業(yè)特種加工技術(shù)首席專(zhuān)家鞏水利。

 

今年6月，鞏水利獲得了2013年布魯克獎(jiǎng)，這個(gè)被譽(yù)為國(guó)際焊接界諾貝爾獎(jiǎng)的獎(jiǎng)項(xiàng)，繼9年前授予中國(guó)工程院關(guān)橋院士后，第二次頒給了中國(guó)人。打印鈦合金飛機(jī)零件的“增材制造技術(shù)”，就脫胎于鞏水利所攻克的激光焊接。

 

 “10年前，鞏主任讓我開(kāi)始研究這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，我還不太理解，因?yàn)楫?dāng)時(shí)國(guó)外也只是研究階段，文獻(xiàn)很少。”這個(gè)項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)只有鎖紅波一個(gè)人摸索，軟件、設(shè)備、材料等一切都是零，難度可想而知。鎖紅波不止一次想放棄，但都被鞏水利“逼”著干下去，“鞏主任三天兩頭到實(shí)驗(yàn)室來(lái)找我要數(shù)據(jù)”。

 

 試驗(yàn)慢慢做起來(lái)，有些試驗(yàn)只要一開(kāi)機(jī)，就要連續(xù)上百個(gè)小時(shí)做下去，這種時(shí)候鎖紅波就會(huì)泡在實(shí)驗(yàn)室。試驗(yàn)失敗是常態(tài)，有時(shí)一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)題，整個(gè)加工件就會(huì)報(bào)廢。鞏水利說(shuō)：“如果都成功了，還要研究所干什么。”

 

2009年9月13日，鎖紅波清楚地記得這一天，經(jīng)過(guò)3天3夜的連續(xù)工作試驗(yàn)，第一個(gè)零件被打印出來(lái)了。

 

 不過(guò)，為了技術(shù)問(wèn)題，鎖紅波和鞏水利不知吵了多少回。最大的一次分歧發(fā)生在2010年，當(dāng)時(shí)國(guó)際上生產(chǎn)最大的“格柵”底座直徑是250毫米，鎖紅波和自己的團(tuán)隊(duì)成員決定做280毫米的，而鞏水利要求他們做500毫米的，鎖紅波堅(jiān)決不同意，鞏水利急了：“沒(méi)試怎么知道不成，要干就要做最先進(jìn)的！”

 

 經(jīng)過(guò)幾輪的爭(zhēng)執(zhí)，最后雙方都讓步，順利做成了350毫米的，遙遙領(lǐng)先國(guó)際同行。“沒(méi)有鞏主任的堅(jiān)持，我們不可能做下去。”鎖紅波很佩服鞏水利的技術(shù)眼光，“他經(jīng)?？次墨I(xiàn)，對(duì)技術(shù)前沿非常敏感，看準(zhǔn)了一個(gè)方面，就想方設(shè)法去實(shí)現(xiàn)”。

 

2003年，鞏水利了解到，美國(guó)波音公司的A318客機(jī)的機(jī)身實(shí)現(xiàn)了用激光焊接，代替過(guò)去的鉚接，這一項(xiàng)技術(shù)減輕了機(jī)身重量近20%，降低制造成本20%左右。

 

“激光焊技術(shù)將會(huì)促進(jìn)傳統(tǒng)航空制造業(yè)的改造升級(jí)。”當(dāng)時(shí)，40歲不到的鞏水利已經(jīng)在焊接行業(yè)小有建樹(shù)，他敏銳地意識(shí)到這一信息的重要意義。之后，他迅速申請(qǐng)多項(xiàng)預(yù)研課題，并創(chuàng)造性地提出了雙光束激光焊接的設(shè)想。

 

在項(xiàng)目基礎(chǔ)研究階段，試驗(yàn)屢遭失敗，研究團(tuán)隊(duì)成員紛紛對(duì)技術(shù)的可行性提出質(zhì)疑。鞏水利承受著壓力，但沒(méi)有想過(guò)放棄：“這是航空焊接的大革新，只要踏踏實(shí)實(shí)做好每次試驗(yàn)，認(rèn)真研究總結(jié)分析，就一定能成功。”

 

有一兩年時(shí)間，鞏水利幾乎沒(méi)有休息過(guò)，晚上睡在在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)是常事，有時(shí)其他同事早上8點(diǎn)多來(lái)上班，他剛下班，回去休息一下，中午又出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室。他帶領(lǐng)同事記錄好每一次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，圍繞試驗(yàn)中出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象觀察、研究，并定期召開(kāi)團(tuán)隊(duì)會(huì)議，通過(guò)平等交流、廣泛討論，產(chǎn)生新的思路。同時(shí)，他還要去說(shuō)服領(lǐng)導(dǎo)，爭(zhēng)取資金支持，因?yàn)樵囼?yàn)件的成本很高。

 

經(jīng)過(guò)上千次的試驗(yàn)，預(yù)研有了重大突破，雙光束激光焊接的優(yōu)越性體現(xiàn)出來(lái)：不變形，表面光滑，焊縫內(nèi)部沒(méi)有缺陷。之后，這項(xiàng)技術(shù)被用于某型號(hào)飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)身減重、連接強(qiáng)度提高、表面光滑飛行阻力減少的目標(biāo)。

 

之后，鞏水利又帶領(lǐng)年輕同事攻克了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研制出了雙光束激光復(fù)合焊接裝置，建立了國(guó)內(nèi)首個(gè)大功率雙光束激光焊接平臺(tái)，并首次成功應(yīng)用于航空帶筋壁板關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的焊接制造中。

 

從幾年前單一的激光焊接，鞏水利的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)掌握利用電子束、激光束、等離子束作為焊接熱源進(jìn)行熔化焊接的一系列技術(shù)。曾不愿與鞏水利做深入交流的國(guó)際同行，如今主動(dòng)邀請(qǐng)他深入合作。

 

現(xiàn)在，鞏水利又在關(guān)注下一個(gè)技術(shù)前沿：利用超快激光技術(shù)完成對(duì)飛行器部件的一體化制造，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件能夠一次加工成型，他們還用激光對(duì)這些部件的表面進(jìn)行處理。

 

 “這其實(shí)是一項(xiàng)仿生技術(shù)，經(jīng)過(guò)納米級(jí)激光處理，可以讓飛行器形成像荷葉一樣的表面，不沾水，在空氣中阻力最小。”37歲的馬國(guó)佳博士是這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)負(fù)責(zé)人，他仍記得自己幾年前剛到所里的情形，鞏水利第一次見(jiàn)面就問(wèn)他發(fā)了多少論文，這讓馬國(guó)佳很受觸動(dòng)：“他關(guān)注基礎(chǔ)研究，我想這是我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)成功的重要因素之一。”