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作者：王 涵 发布时间：2020-10-30
导读： 现在杜雪团队的研究，重点放在两个方向，一是微结构的加工，二是难加工材料的加工，但面对未来仅有这两个方向还远远不够。采访期间，杜雪正在广州参加第四届CIRP生物制造国际会议，作为大会的其中一个主席，除了致力于为各国专家、学者打造一个交流合作的平台外，杜雪更想通过承办会议为团队寻找一些新方向。
先进光学制造中心是香港首间从事超精密加工、光学设计、精密模具设计和精密注塑成型的机构。从1996年初创发展至今，中心已为国内外众多企业提供了超精密加工、光学设计及测量等方面的高品质应用研究咨询服务，不仅在企业中树立了良好形象，更成为中国乃至东南亚地区在超精密加工和先进光学制造领域中最重要的研究和教学中心之一。
作为中心元老，香港理工大学工业及系统工程学系教授杜雪，亲历了中心“白手起家”的整个过程。跨学科尝试，并成为香港首间超精密加工技术国家重点实验室掌门人之一，她为中心的成功创建和运行付出了巨大努力。能与超精密加工结缘在她看来也是机遇使然。
香港，一个幸运之地
温文尔雅，纤瘦干练，一口熟练的广东话偶尔加几句英文，单从身形和说话的语气来看，不熟悉杜雪的人会认为她是土生土长的香港人。其实不然，来港之前，杜雪曾随父母在东北和云南生活了很长时间。在长春出生、长大，读完高中后杜雪随父母工作变动到了昆明，在昆明理工大学机械工程学院材料专业完成了本科学业。因祖父在香港，20世纪90年代初，她又随父母迁移到香港。虽然在香港生活、工作了20多年，但在北方生活过的那些痕迹在她身上还是能寻到一些踪影，直爽、坦诚，而且她最爱吃的依然是饺子。
跟随父母多次迁移，生活环境的改变却并没有太多地影响到她的成长，相反她觉得自己的性格变得越来越开朗了，尤其是到了香港之后。“从小学到大学我都是很不爱说话、很腼腆的一个人，但是到了香港不知为什么好像整个人的性格都变了。我感觉造就一个人可能还是要看机遇吧！我其实挺感谢父母的，到香港时他们的年纪都比较大了，也是为了子女他们才来到这里，希望我们有更好的发展。”
香港对杜雪来说是一个幸运之地，正是在这里遇到的人和事将她塑造成了现在的自己。但她却说，做了哪些事、遇到哪些人，其实并不是自己刻意选择的结果。
一次偶然中，杜雪申请到一个在香港理工大学材料实验室工作的职位，之后就一直在香港理工大学学习、工作到现在。“做学术并不是刻意的安排，因为所处的环境与学术和研究有关，所以就这样一直做下来了，后来感觉自己还是希望多学一些东西，就读了硕士、博士。”
在材料实验室工作的5年期间，杜雪不断充实自己，学英文，学电脑，还报读了英国布鲁内尔大学材料专业的硕士课程。去英国学习拓展了她的视野，荣获硕士学位后，她认为应该继续深造，向更高的目标努力，因此她放弃了实验室的工作，转为一名博士生。很多人都劝她要仔细考虑清楚，她没有多想就开始了研究和学习的旅程，一走就是二十多年。而李荣彬教授则是将她领入超精密加工领域的博士导师。当时刚好李教授申请到了一个关于超精密加工技术的项目，对于在这方面什么都不懂的她来说，希望尝试一些新的方向，就开始了超精密加工技术的研究工作。当时做这项研究的人很少，尤其在亚洲，不用说做研究连听说过超精密加工的人都很少。完全不懂什么是超精密加工技术的杜雪，在初次接触这项研究时第一感觉是，加工成表面光洁度很高的产品完全是不可能实现的事情。可能是性格中包含着喜欢尝试新事物的因素，没做过多考虑，她就这样顺其自然地闯入了超精密加工的奇特世界中。
奉献，与中心共成长
从1995年起,杜雪开始了超精密加工，先进光学及制造，精密注塑技术及材料工程的理论研究及应用研究工作，方向涉及超精密加工的机理研究,材料在超精密加工中的影响,脆性材料及特种材料的加工机理,多轴超精密加工的加工策略,刀具的轨迹生成,刀具的在线检测及误差补偿,微结构的设计及加工等许多方面。虽然涉及的研究面很多，但杜雪说基于之前材料出身的背景，在超精密加工的研究上，她其实一直有一些偏向性，更偏向于研究不同材料对超精密加工的影响。
在杜雪看来，材料和超精密加工虽然属于完全不同的两个领域，但它们之间确有着很密切的联系。
超精密加工技术是现代机械制造业最主要的发展方向之一，通常是指面形精度为亚微米级（尺寸误差小于0.1μm）和表面粗糙度为纳米级（精度误差小于10nm）精度的加工，主要用于加工光电产品、航天航空领域的关键零部件，例如，各种非球面、自由曲面及微阵列透镜，各种天体望远镜的大型抛物面镜的加工等，在提高光机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，已成为影响各国在国际竞争中能否胜出的关键技术。
“超精密加工针对的对象是材料，材料对加工的影响在以前很少有人研究，大多数人研究的是参数和设备。但要进行面形精度为亚微米级、表面粗糙度为纳米级精度的加工，材料的变化对加工的效果一定是有影响的，但在最早期却没有人研究得这么细致。”杜雪介绍。
在研究超精密加工的过程中，杜雪感觉之前学到的材料相关知识经常能用到这个新的领域。“通过本科、硕士的学习，我知道材料本身是有特性的，比如每个材料都有自己的晶体，晶体的取向对加工会有影响。加工时，对材料的特性有一定的认识，不仅有助于对切削的机理做更深入的研究，而且对提高加工质量都有很大助益。”
以材料科学为背景，结合超精密工程学科的相关知识，在针对材料影响加工质量问题的探索上，杜雪进行了深入的跨学科研究，并取得了一系列突破。她成功揭示了超精密加工中材料特性与纳米表面生成机理及表面粗糙度的关系，定量分析了超精密金刚石加工过程中材料晶向对表面形貌及粗糙度的影响，成功找出表面粗糙度的各向异性的对称格局，有效地评估了不同材料在超精密金刚石加工中表面粗糙度局部的变化程度。提出了新的量化参数（材料肿胀率）来评定材料肿胀对表面质量的影响，成功评估了不同的工件材料对超精密金刚石加工中表面粗糙度的影响。此外，基于超精密加工表面生成机理，杜雪还率先提出外应力引致的被加工材料晶体结构及金相的改变，建立了晶体塑性理论模型，预报加工表面晶体结构、残余应力和工件材料肿胀，以及超精密加工中切削参数对加工表面纹理和材料晶格转动的影响。此后，这些研究成果在实际应用中得到了验证，不仅提高了超精密加工的加工精度、控制了加工质量的稳定性，而且还实现了加工工艺的进一步优化。
1996年，由香港特区政府创新科技署拨款资助的超精密加工中心在香港理工大学成立，杜雪的角色也随之发生了变化。之前全心读博的她开始将一部分精力投入中心的建设和运营上来。“白天工作，晚上读书、写论文，很晚才回家，有时候一天坐在座位上都不挪一下，这段经历我印象很深刻，这样的状态维持了半年。”杜雪回忆。
从最初的购置引进设备、装修、参与中心建设，到初具规模负责中心的技术工作，再到后来慢慢开始负责中心的运营和统筹管理，一步一步，杜雪见证了中心的成长历程。
2003年, 超精密加工中心发展为先进光学制造中心（暨超精密加工中心），致力于研究超精密加工技术加工自由曲面先进光学元件。2010年,中心获国家科学技术部批准成立超精密加工技术国家重点实验室，并与天津大学及清华大学的精密测试技术及仪器国家重点实验室成为联合伙伴实验室，围绕超精密加工技术的前沿方向和国家需求，开展了相关的科研工作。
2003年，担任先进光学制造中心副主任后，杜雪把大部分时间都花在中心的运营和管理上，很多时候都在与客户打交道，参加展会，增强中心的知名度和曝光度。她回忆，从1996年开始，在很长时间里中心其实一直做的是顾问服务，靠几个项目维持着中心的运营，资金有限。后来通过与企业的密切合作，项目开展越来越多，这为中心进一步申请国家重点实验室打下了基础，而获批重点实验室又为中心的发展注入了强心剂。
杜雪说：“超精密加工领域里资金很重要，很多设备的维修需要资金，想发展一些新方向也需要资金。中心越发展，就越需要更多资金。之前的资金都是靠创新署的项目积累起来的，每个项目做完，都有后续的项目跟进。而国家重点实验室的批准成立为我们带来了更多资金，让中心发展更上一层楼。”
目前，中心已拥有多部大型超精密加工设备、多部各种精密面形及表面粗糙度测量系统等先进设备；已为国内外超过100家公司、企业提供了光学设计，超精密加工技术、模具的设计及制造，精密测量及精密注塑等方面的高精度的应用研究服务；过去几年里，更为香港理工大学创造了总计超过6千万港币的收入。
作为超精密加工技术国家重点实验室及先进光学制造中心的主要管理者，杜雪也从最初的助理教授，经过多年的不懈努力，一步步地往前走，现在成为教授和实验室的副主任，这里面包含了多少汗水、泪水和艰辛，只有她本人才知道。她带领中心通过为企业提供顾问项目及合作等方式积极推广超精密加工技术。此外，从中心创建至今，她已获得数千万的研究基金，为中心的发展壮大贡献了一份力量。
目前，以项目主要负责人身份，杜雪成功申请了10项香港创新科技基金项目，6项香港研究资助局项目，3项国家自然科学基金项目，1项欧洲委员会与香港研究资助局合作计划项目和1项广东省引进创新科研团队计划项目。
面向难加工材料和多尺度微纳结构两个方向，在项目资金的支持下，杜雪带领团队无论在基础研究还是工艺及技术研究或设备研发上都取得了一些可圈可点的创新成果。
在超精密加工难加工材料研究方面，采用有限元及分子动力学建立脆性材料脆塑切削转变模型，杜雪成功预测到切削过程中的纳米裂纹，首次提出磁场辅助超精密加工钛合金可有效控制材料的回弹，同时可降低刀具磨损的结论。
在超精密多尺度微纳结构的加工方面，杜雪带领团队研发了新颖的飞刀伺服加工系统，该系统可加工多尺度及大面积的微结构表面；研发的旋转空间振动辅助系统，可加工多层次的微纳结构；首次提出的通过虚拟轴加工的方法，可用于两轴超精密加工设备加工微结构。
在超精密加工设备研发方面，自主开发的超精密静油压运动导轨，摆脱了对国外进口产品的依赖，实现了具有自主知识产权的超精密关键零部件的研制；在电塑性及超声振动辅助（声电耦合）超精密铣削设备的研发中，则利用脉冲电流场和超声波场不同物理外场的耦合叠加，大幅度降低了微细工件加工过程中的切削力，使切削热的产生显著减小，从根本上解决了微细切削加工过程中切削热难以失散的一大难题，大幅度提高了微细工件的切削加工效率。
由于贡献突出，杜雪在科研和专业研究领域所取得的成就在国际上获得了广泛的认同。到目前为止，她的研究团队在国际学报发表SCI学术论文250余篇，发表专著3部，获得专利15项，并多次获邀作专题及特邀报告，举办了多个大型国际学术会议，担任多个杂志的编委工作，如国际著名杂志International Journal of Machine Tools and Manufacturing,Nanomanufacturing and Metrology和《极端制造》等。此外，她还担任亚洲精密工程和纳米技术学会(ASPEN)委员会委员及中国机械工程学会(CMES)生产工程部委员会委员及CIRP会员。
由杜雪主导研发的“组合式大功率自由曲面LED路灯系统”于2008年4月在第三十六届瑞士日内瓦国际发明及创新科技与产品展览中，击败世界各地1000个发明项目，荣获国际传媒大奖、评审团特别嘉许金奖及卓越科技发明奖三项大奖。主导的项目“自由光学曲面的超精密加工技术及其应用”被教育部授予2009年科技进步奖二等奖；项目“超精密切削的细观塑性力学机理研究”获教育部高等学校自然科学奖二等奖。用于防伪的微纳结构表面快速成型装置的研发，于2019年获亚洲国际创新发明大奖的杰出超精密科技发明大奖及金奖。
提起获奖，杜雪说道：“这都是团队努力的结果。其实我最大的追求还是在为客户解决问题这个点上。看到客户满意的笑容，我会非常开心，能够帮到他们，才是我最大的心愿。”
创新，不可止步不前
先进光学制造中心成立时，在此领域开展研究的机构在国内还很少，但如今这些机构却如雨后春笋般纷纷建立起来。如此发展态势无疑对提高关键零部件的性能、质量和发展高新技术会起到至关重要的推动作用，而杜雪除了看到积极的一面外她更多感受到的是危机和挑战，无论是对自己还是对团队。她说：“在众多的竞争者中想要生存下来，要有特长，还要有新发展方向，止步不前只能被淘汰。”
现在杜雪团队的研究，重点放在两个方向：一是微结构的加工，二是难加工材料的加工。但面对未来仅有这两个方向还远远不够。采访期间，杜雪正在广州参加第四届CIRP生物制造国际会议，作为大会的其中一个主席，除了致力于为各国专家、学者打造一个交流合作的平台外，杜雪更想通过承办会议为团队寻找一些新方向，例如，怎么把超精密加工的微纳结构和生物医学结合起来，怎么让超精密加工的应用更广泛等。作为领头人，这些是杜雪必须要考虑的问题。
除此，作为教师，培养能迎接未来挑战的人才，更是杜雪工作的重中之重。杜雪是一个会给学生很大自由度的老师，她非常鼓励学生去尝试各种新想法，因为她认为在科研的路上没有什么一定是可能的，也没有什么一定是不可能的。
有学生曾问她：“做好研究有什么诀窍？”她给出答案：“要勇于尝试，要努力刻苦，不害怕困难。当经历过很多事情后，就会拥有一颗能够承受压力和解决任何问题的强大的心。”她培养的研究生毕业后在大学或企业都担当重要的角色。
有时出差，正在上小学的女儿会问杜雪：“妈妈你答应我以后不出差了，怎么又要去？”杜雪回答：“就像学习是你的任务一样，妈妈也有自己的任务需要去努力。”杜雪不赞成女性为了家庭奉献自己的一切，她觉得女人应该为了自己想做的事情去努力。
杜雪正是这样做的。作为一个事业型的女性，通过努力去实现自己的理想。她说：“现在的我想要做的事，就是用自己的专业知识解决一些实实在在的问题，并帮助年轻人去实现他们的梦想，感恩社会、回馈社会。”
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