大國之材，從一粒粉末做起——中航邁特高正江總經理專訪

在剛剛結束的十九大上，3D打印行業(yè)的發(fā)展再次成為報告的焦點之一。根據市場預測，未來幾年中國3D打印市場仍將保持40%左右的增長速度，到2018年有望突破200億元。即使在這樣的一個發(fā)展勢頭下，也存在著一些行業(yè)發(fā)展的焦慮。3D打印的全過程包括原料、設備、設計、成型和后處理，行業(yè)過往專注于設計、成型和后處理過程，原料和設備的發(fā)展成為制約發(fā)展的主要因素之一。如何解決原材料和設備的制約瓶頸，推動行業(yè)快速發(fā)展成為目前擺在所有3D打印從業(yè)人員面前的困擾。

圖右一 材料+ 方鵬 中間 中航邁特總經理高正江 右二 材料+ 韓碩

日前，材料+記者就聯(lián)合中國有色報記者潘延祥記者、淮金記者一起采訪了中航邁特粉冶科技（北京）有限公司高正江總經理，以期獲得上述問題的答案。

中航邁特公司——由軍工院所里走出來的材料工匠群體創(chuàng)辦，專注于3D打印金屬粉末材料制備技術和成套裝備研發(fā)，短短兩年時間先后突破了VIGA、EIGA、PREP等先進3D打印球形金屬粉末制備關鍵技術，研制出滿足AMS、ASTM等標準的合金粉末材料，該類材料已成功應用于我國航空航天、醫(yī)療領域金屬3D打印工藝，甚至出口歐美，打破歐美粉末企業(yè)的市場壟斷和技術封鎖。中航邁特先后與EOS、SAFRAN、GKN等建立合作關系，成為我國3D打印材料公司參與全球競爭的重要力量之一。

1從科研到產業(yè)化——專注技術突破，擺脫桎梏
20多年前，我國3D打印領域的研究和成果轉化開始起步。近些年來，在國家的大力支持和市場的推動下，金屬3D打印技術發(fā)展迅猛，應用前景廣闊。帶有江蘇人與生俱來的敏銳嗅覺，高正江總經理看到了自己所學專業(yè)——金屬粉末材料在3D打印應用領域的巨大發(fā)展機遇。

2015年，他毅然選擇了自主創(chuàng)業(yè)之路。高正江總經理這樣告訴記者：“我國的基礎粉末材料產業(yè)多年來雖受到國家支持，但技術成果多集中于院所高校，技術成果轉移轉化不足，高端粉末材料市場一直被發(fā)達國家的大公司壟斷。目前，新興3D打印金屬粉末這一關鍵性基礎材料基本依賴進口。
雖然近年來我國金屬粉末技術產業(yè)發(fā)展取得了一些成績，但是跟歐美老牌企業(yè)相比，在產品質量和種類方面還有不小的差距。這主要有以下兩方面的原因：首先，歐美高端球形金屬粉末材料制備已經進入工業(yè)化生產應用階段，而我國還處于小批研制階段。因此，從成本和質量穩(wěn)定性兩個方面來講，我國競爭力明顯不足；其次，歐美粉末企業(yè)3D打印應用研究工作做得非常系統(tǒng)，打印機設備制造商亦對粉末原材料開發(fā)深入，形成一整套材料、設備、應用技術體系，而我國這三方面是脫節(jié)的，是有鴻溝的，應用研究往往粗枝大葉�！�

中航邁特就是看到了這種不利局面，創(chuàng)立之初就專注于先進球形金屬粉末材料的制備和3D打印應用技術研究，投入大量的財力和人力以期取得材料制造和應用技術的突破。中航邁特的快速進步得益于其科研團隊長期在航空航天材料院所從事金屬粉末材料及其制品的研發(fā)經歷。

當記者提到中航邁特的技術創(chuàng)新時，高經理打開電腦，介紹：“被別人卡住脖子的感覺很不好”。拿大家都知道的注射成型行業(yè)來說，普普通通的原材料粉末喂料被歐美大公司控制了長達10多年之久。最開始我國花大價錢引進國外的注射成型設備，但是有了設備，還要高價進口配套的原料�，F(xiàn)在我國金屬3D打印行業(yè)仍在走注射成型的老路。各大增材制造研究中心和3D打印公司斥巨資從國外，比如德國EOS進口設備，同時會被要求定制打印原料粉。不預定的話，要么設備軟件無法解鎖，不提供售后服務。所以我國金屬3D打印技術產業(yè)的發(fā)展急需國產化，而且是全面國產化。

首先是材料國產化、裝備國產化和軟件國產化，最后是應用技術國產化，實現(xiàn)國產化需要我們大力協(xié)同、需要齊心協(xié)力。中航邁特為了實現(xiàn)粉末材料的全面國產化，大力進行成套國產制粉裝備的研制和攻關，從根本上打破歐美進口制粉裝備動輒上千萬元的高價壟斷局面。截止到我們前去采訪，中航邁特已經在標準化、模塊化研發(fā)生產大容量VIGA真空感應氣霧化制粉爐、EIGA電極感應氣霧化制粉爐裝備，同時在深入開發(fā)新型等離子制粉技術和設備。這一系列制粉技術的突破，將為我國3D打印金屬粉末材料國產化貢獻力量。據悉，中航邁特還開發(fā)了自動化控制和動態(tài)監(jiān)測傳感技術，實現(xiàn)制粉設備的智能化。

2搭建產研結合平臺—產業(yè)發(fā)展必須依拖標準的建立
近年來，在政策的引導和國家項目的帶動下，我國增材制造技術發(fā)展迅猛，光固化、選區(qū)激光燒結、選區(qū)激光熔融、熔融沉積成形等工藝和裝備等方面已具有良好的基礎，部分增材制造技術和產品在航空航天、生物醫(yī)療、文化創(chuàng)意等領域取得廣泛應用，高性能金屬構件增材制造技術等領域已達到國際先進水平。但我國在增材制造標準方面剛剛起步。

談到國家標準的意義，王華明院士曾提到過：“標準化對于加快推動中國增材制造技術產業(yè)化發(fā)展具有重要意義，中國增材制造領域已顯現(xiàn)出大量的標準化需求。中國要在制定更多優(yōu)質國家標準的基礎上，積極提出更多更好的團體標準，讓更多的高素質、高水平、國際化的企業(yè)和專家參與到標準的制定當中，通過標準助推中國增材制造技術產業(yè)化發(fā)展。”高經理也看到了標準的重要性。他介紹，中航邁特兩年內制定了30余項3D打印粉末材料企業(yè)標準，積極參與增材制造國家標準、行業(yè)標準的商討制定，貢獻了大量粉末樣本數(shù)據�！坝辛诵袠I(yè)標準、國家標準、生產標準，3D打印金屬粉末技術產業(yè)發(fā)展才能更穩(wěn)健�！备哒�江如是說。

談到3D打印金屬粉末的應用市場，高經理說：“3D打印金屬粉末的應用主要集中在航空航天、醫(yī)療、模具、汽車四大領域�！�金屬3D打印粉末用在航空航天領域主要是打印一些結構復雜的結構件。不論是現(xiàn)代飛機還是航天器,都追求用盡可能少和輕的材料實現(xiàn)最大強度和剛度,因此構件常常采用“占空比”很大的異形設計,導致其結構特別復雜,像做過“鏤空”處理。這種結構用機加工的方法制造則難度很大,有時95%的材料都被切割掉,且制造周期長達幾個月，甚至無法實現(xiàn)。

而這些像飛機發(fā)動機燃燒室部件、機體框梁,航天發(fā)動機泵殼體、航天器的網格壁板密封艙等關鍵部件,采用3D打印技術，使用金屬粉末材料，從三維模型剖切成若干層二維“薄片”,那么不論這個三維零件結構多么復雜,只需逐層打印二維“薄片”并疊加粘結,就可快速將產品完整做出來。而金屬3D打印粉末的在汽車工業(yè)和模具工業(yè)的應用跟航空航天有異曲同工之處，也是結構復雜設計奇特的構件。在醫(yī)療領域，3D打印粉末未來的前景也很廣闊，但是由于粉末需要經過三類醫(yī)療注冊，其應用推廣還需要時間。

3打造閉環(huán)發(fā)展團隊——用高品質、低成本粉末制造技術助力金屬3D打印產業(yè)爆發(fā)
金屬粉末是金屬3D打印工序的直接性、基礎性、關鍵性原材料，其質量是決定零部件冶金質量的關鍵要因之一，應該得到足夠重視。金屬粉末品質的評價包括化學性能和物理性能，其中化學性能是基礎，主要是化學成分和微量元素的控制。

激光器為粉末微區(qū)熔化凝固提供能量，但能量溫度梯度極大，需要解決三方面基礎問題：一是溫度梯度大帶來的應力開裂問題，即優(yōu)化控制冷卻凝固問題，進而控形控性；二是微量元素的燒損問題；三是現(xiàn)有常用金屬粉末均是傳統(tǒng)鑄鍛合金牌號，其微量元素的調控主要是為了解決鑄造、鍛造性能，未考慮激光成形的高溫度梯度條件，有些元素加劇了3D打印零部件的應力集中和開裂現(xiàn)象，需要建立3D打印專業(yè)合金材料體系。

粉末的物理性能評價項目一般包括:粉末粒度分布、粉末球形度、流動性、空心粉、衛(wèi)星粉、松裝密度等。這些指標是金屬3D打印過程能否順利實現(xiàn)、冶金質量是否合格的關鍵因素。如粒度分布不合理容易造成表面粗糙度大、內部未熔合等問題，球形度、流動性、松裝密度達不到指標要求，成形過程中容易產生孔洞等，粉末衛(wèi)星球、空心粉等問題也可能帶來零件內部氣孔缺陷。

進口的3D打印金屬粉末價格居高不下，主要有兩方面原因：首先是我國高端球形粉末技術產業(yè)發(fā)展滯后，歐美公司的技術壟斷和市場封鎖；其次是金屬3D打印對粉末原料的特殊粒度要求造成成本增加，如SLM工藝指定粉末粒度范圍為15~45μm或15~53μm，作為制粉來講，這個粒度段的收得率只有30%~50%。中航邁特致力于先進制粉技術的突破和低成本制造技術的開發(fā)，通過先進氣霧化噴嘴的結構設計優(yōu)化、工藝參數(shù)的開發(fā)實現(xiàn)了細粉收得率的提升，同時開展了多工藝復合低成本制造技術，未來金屬粉末的價格有望大幅下降，為金屬3D打印在與傳統(tǒng)鑄鍛工藝成本的競爭中帶來新動力，進而帶動和影響金屬3D打印產業(yè)進入爆發(fā)期。

作為一位從軍工材料院所里走出來的企業(yè)家，高正江總經理深知：“我國3D打印材料企業(yè)只有不斷向歐美看齊，突破成套裝備及工藝技術瓶頸，加強應用技術研究和成本控制，不斷自我創(chuàng)新，才能保證企業(yè)的活力和競爭力�！�

高經理認為未來3D打印金屬粉末的發(fā)展要形成并實現(xiàn)“閉環(huán)”式的發(fā)展，而這個閉環(huán)主要是“裝備工藝技術-應用技術-成本控制”構成的一個發(fā)展閉環(huán)。未來3D打印金屬粉末技術產業(yè)的發(fā)展要在以下三個方面下功夫：

一、重大制粉設備及工藝技術的國產化。粉末材料國產化，首先要解決重大制粉裝備及其工藝技術的國產化，如開發(fā)新一代大容量智能化氣霧化制粉爐設備、超高轉速等離子旋轉電極制粉設備、新型等離子制粉設備、低成本超高純凈電極感應氣霧化制粉設備等，在成套裝備的設計制造、工藝攻關、材料開發(fā)方面形成我國自主核心競爭力。

二、金屬粉體的應用驗證。目前全球知名金屬3D打印機品牌都使用配套金屬粉末產品。我國3D打印粉末材料企業(yè)在加大自身3D打印應用技術開發(fā)的同時，還要走出國門，面向全球知名打印機設備商提供粉末產品，加大歐美品牌設備的打印應用開發(fā)力度，拿到國際上去檢驗，進而提升產品應用技術水準，才能更好的取得競爭優(yōu)勢。

三、低成本制造。低成本粉末制造是未來金屬粉末產業(yè)發(fā)展必然趨勢，其關鍵仍在于技術突破和跨學科技術互鑒提升。

以上三點發(fā)展形成了金屬粉末產業(yè)快速發(fā)展的一個閉環(huán)，這也是中航邁特發(fā)展規(guī)劃的重點。也正如高經理一直在強調的：“技術創(chuàng)新是解決受制于人的核心利器”。

在十九大報告中指出：夯實產業(yè)技術基礎，支撐和服務科技創(chuàng)新成果工程化。圍繞核心基礎零部件、先進基礎工藝、關鍵基礎材料和產業(yè)技術基礎四個方面，實施工業(yè)強基工程，著力解決工業(yè)基礎領域關鍵問題。想要實現(xiàn)我國3D打印產業(yè)的健康、快速發(fā)展，就要集中力量解決基礎材料的問題。只要基礎材料問題解決了，3D打印的發(fā)展才能實現(xiàn)“設備-原料-應用”的協(xié)同發(fā)展。

來源：材料+