3D打印大飛機：81歲院士的“新長征”

　　滿是材料的桌子上，擺著一架C919飛機模型，旁邊散落著幾板膠囊藥。為了節省通勤時間，81歲的中國工程院院士盧秉恒住到了辦公室隔壁。每天一早，妻子都會準時叮囑他吃藥，他的心臟里已經安裝了5個支架。

　　盧秉恒是我國增材制造技術的奠基人與開拓者。多年來，為了加速將3D打印用于制造大飛機的機頭、機尾、機身、機翼等大部段，開辟飛機制造的中國新賽道，他的工作強度一直沒變，每年有100多天都在出差調研和走訪。

　　就在受訪前一天凌晨，盧秉恒剛從四川落地西安。他告訴《中國科學報》，“3D打印大飛機”是自己目前最大的目標。在盧秉恒看來，“3D打印大飛機”的技術路線，不僅服務國家重大需求，“還有望帶動每年數千億元產值的市場”。

　　作為第一個提出“3D打印大飛機”技術路線的人，盧秉恒透露，目前已經完成前期技術論證，并啟動了大型增材制造裝備的研發設計。他希望用4到5年時間，完成專用裝備設計、工藝研發和適航認證，最終實現工業化量產。

　　多次輾轉，不忘航天夢

　　盧秉恒的航天夢，始于少年時代。

　　1945年，盧秉恒出生于安徽亳州的一座小縣城。中學時期，他從報紙上看到錢學森歸國研制火箭的報道，心潮澎湃，立志投身航天事業。由于特殊原因，他無法報考涉及保密的航天專業，最終進入合肥工業大學機械制造專業。

　　學非所愿，盧秉恒有些失意。好在他對數學很有熱情，成績也名列前茅。直到一次實習，他親手開車床，看著刀具“削鐵如泥”，才覺得“學機械，也還不錯”。

　　大學畢業后，盧秉恒被分配到三門峽中原量儀廠做車床工人，每天8小時，一干就是5年多。后來他又擔任分廠廠長，正式接觸工程實際問題。雖然沒能實現理想，但想到可以解決100多個工人的吃飯問題，他覺得也還算欣慰。

　　1979年，我國正式恢復研究生招生。那年盧秉恒34歲，已是兩個孩子的父親。他決定放棄安穩的工作，報考西安交通大學（以下簡稱西安交大）研究生。很多人勸他：“何必走這條路？”讀研期間，廠領導前來探望，希望他畢業后回去接班。盧秉恒婉言謝絕了，因為他始終記得中學時那個夢想。

　　這一次，盧秉恒沒有直接選擇航天專業。離開校園十幾年，他深知基礎薄弱，決定先從機械制造工藝學起。他也感受到，重新拿起課本并不容易，前一刻還在與人交談甚歡，翻開書十幾分鐘就睡著了。光是做到看書不犯困，他就用了半個多月。

　　導師顧崇銜教授的西遷精神和對工程實踐的重視，影響了盧秉恒的一生。顧崇銜畢業于重慶中央大學機械工程系，后進入中央機械廠、中國興業公司做工程實踐。1945年赴美留學的顧崇銜沒有選擇去大學拿學位，而是到企業當見習工程師，回國后又扎根工廠。60多歲時，顧崇銜帶領青年教師跑遍了20多個地市、幾十家企業，從生產實例中選編了影響全國的教科書《機械制造工藝學》。

　　“我十分佩服他。”盧秉恒說。

　　碩士畢業后，盧秉恒留校任教，同時攻讀博士學位。他在讀博期間解決了含黏性阻尼、黏彈阻尼的復雜結構的隔振設計問題，開發的程序被航天單位買走，用于保護發射儀器，后來還應用于航天醫院。

　　取得博士學位時，盧秉恒已經41歲，他也成功與航天接軌。對于那段偏離夢想的人生歲月，他說：“歷史的發展是曲折的，只能順應社會的發展。但不能放棄，要不斷積累本領。機會來了，就去爭取。”

　　把國外設備“頂”下去

　　1992年，盧秉恒前往美國密歇根大學做訪問學者。在一家汽車公司參觀時，他第一次看到3D打印設備，當時這項技術叫“快速成型”，能將三維數字模型直接轉化為實體物件。當時，進口一臺這樣的設備需要70多萬美元。

　　1993年回國后，盧秉恒立刻轉換研究方向，帶著4名博士生一頭扎進實驗室。“只要努力，中國人也能做出來。”

　　起步十分艱難。進口一箱光敏樹脂要十幾萬美元，一套激光器也得十幾萬美元。開發一套設備至少需要100多萬元，而盧秉恒手頭只有其他項目剩下的幾萬塊錢。

　　買不起，就自己做。他們聯合兄弟院校花了3萬元做出一臺激光器；又與化工學院合作開發樹脂，把每公斤成本從進口的2000元降到100元。軟件開發、動態聚焦鏡、聚光鏡，都是他們親手完成的，開機床、做試件更是常事。曾有工人看到盧秉恒加工的試件，驚嘆“這水平絕對達到了五級工”。

　　那段時間，學生們也會私下嘀咕：“盧老師做的這個方向國內沒人做，我們畢業了能找到工作嗎？”

　　轉機出現在1995年。一次先進制造技術大會上，專家報告結束后進入自由發言環節，盧秉恒“跳”了上去。介紹完技術，他最后說了一句：“這個技術很重要，希望能得到國家的支持。”

　　半個月后傳來消息，考察組會盡快來校開展調研。盧秉恒興奮不已，連夜趕制模型。考察組到來的那天，他們造出的樣機已經具備掃描功能，還能打印出小方塊。

　　250萬元的國家重點科技攻關項目資助，就這樣落地了。“機會是給有準備的人的。”盧秉恒常說，“有多大條件就做多大事，然后找機會爭取支持，把事做成。”

　　有了經費支持，他們當年就研制出我國第一臺光固化樹脂激光快速成型機原型機。1997年，他們開發出我國第一臺商品化光固化快速成型機，同年還創辦了陜西恒通智能機器有限公司。

　　為了進一步降低成本，盧秉恒提出用紫外燈代替激光器，并研制出國際首創的紫外光快速成型機。該產品隨后被認定為國家重點新產品，迅速在市場鋪開，第一批客戶就包括長安汽車和比亞迪。

　　當時，進口相關設備報價很高，日本報48萬美元，美國報72萬美元。盧秉恒的設備只要150萬元人民幣，不少國外企業前來談合作。有家日本企業曾找上門，盧秉恒說合作可以，必須平等，“你在日本代理我的設備，我在中國代理你的”。對方悻悻而去。

　　之后，盧秉恒帶領團隊進一步實現了設備的全部國產化，并將價格一路降至三四十萬元，把美國、日本的設備全部“頂”了下去。

　　2000年，盧秉恒主持的“快速成型制造的若干關鍵技術及其設備”獲得國家科學技術進步獎二等獎。此后，他們又推出了紫外光快速成型機、真空注型機等7種型號10余個規格的設備，9種型號的配套光敏樹脂，形成了完整的快速成型裝備體系。

　　2005年，快速制造國家工程研究中心獲批組建，盧秉恒擔任主任。他們又研制出激光快速成型機、金屬噴涂快速模具制造設備等裝備，廣泛應用于汽車制造、航空航天和生物醫療領域。

　　2019年，國家增材制造創新中心（以下簡稱國家增材中心）在西安揭牌。這是3D打印領域唯一的國家級創新平臺，由西安交大、北京航空航天大學、西北工業大學、清華大學、華中科技大學和13家企業共同組建，盧秉恒任國家增材中心主任。在他的帶領下，國家增材中心相繼研發出激光、電子束、離子束、電弧等驅動的10余項重大增材制造裝備，申請國家專利387件，主持或參與制定行業標準40余項。

　　2020年5月，長征五號B運載火箭搭載了盧秉恒團隊與合作者研制的太空3D打印裝備，實現了我國首次太空3D打印。這也是國際上第一次在太空中開展連續纖維復合材料3D打印實驗。

　　向“3D打印大飛機”挺進

　　盧秉恒的航天夢，仍在延續。

　　2022年9月29日，C919大型客機取得型號合格證，中國擁有了第一款可以投入航線運營的單通道干線客機。與此同時，盧秉恒也啟動了“3D打印大飛機”的研發計劃。

　　“C919雖然已經投入生產，但生產能力仍然嚴重不足，市場需求和制造能力之間還有很大差距，開辟基于3D打印的大飛機制造新路徑具有重要意義。”盧秉恒告訴《中國科學報》。

　　雖然C919訂單已超千架，但實際交付能力亟待提升。用增材制造打印大飛機，是盧秉恒給出的新技術路線，也是國際首創。他解釋，這樣做，一方面可以顯著節約原材料成本，另一方面也是因為增材制造具備優異的柔性化能力，能夠快速適配不同機型的生產需求，在型號轉換過程中無需大規模重構生產線，實現制造能力在不同平臺間的無縫切換與高效復用。

　　此外，增材制造還能實現大型構件的一體化成型，大幅簡化供應鏈體系。“目前，國際上制造一架大型客機通常需要整合1000多家供應商和上百個國家的配套資源。”在盧秉恒看來，提升大飛機關鍵部件的自主可控能力，對我國航空工業的戰略安全具有至關重要的意義。

　　盧秉恒透露了具體路徑：首先要融合多種工藝優勢尋求最優方案；其次是系統研發匹配的成型工藝，保障構件制造質量與一致性；最后一環也是最關鍵的一環——推動整套技術體系通過適航認證。

　　對于這一新賽道，盧秉恒也聽到過質疑，但他堅信：“新生事物應該允許不同意見，質疑會幫助我們把工作做得更完善。”

　　國家增材中心科研部部長王磊自2009年讀博士時就跟隨盧秉恒。提及對導師的印象，他脫口而出：“他是非常正直的人。”雖然還有企業家的身份，但盧秉恒開展技術攻關和產品研發，始終瞄準行業發展和國家重大需求，從不為短期利益所動。

　　把國家增材中心打造成增材制造領域的“黃埔軍校”，是盧秉恒一直堅持的事。無論是誰來參觀，還是外出分享在研的新技術、新產品，他都毫無保留。

　　如今，從盧秉恒團隊走出的人才已遍布航空航天、裝備制造、醫療等領域，不少人已成為教育界、科研院所、企業界的中堅力量。

　　為了加快推動“3D打印大飛機”走進現實，盧秉恒比以往更拼了。整日奔波，搞宣傳、談合作、盯技術，本可以分擔的事，他也是親力親為。“這是一個新興事物，我得站在第一線。”盧秉恒說。

　　盧秉恒的心臟植入支架已有20年，2021年植入第5個。妻子放心不下他的身體，每次出差都陪在身邊，看著他按時吃藥。“他希望能為國家做成這件事。”妻子說。

　　“累嗎？”很多人都問過他同樣的問題。

　　“累。”盧秉恒坦言。但他心中始終有一個信條，那是讀初中時，他在馬克思所著《資本論》中看到的一句話：“在科學上沒有平坦的大道，只有不畏勞苦沿著陡峭山路攀登的人，才有希望達到光輝的頂點。”