在剛剛結(jié)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(jù)市場預(yù)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(shè)備、設(shè)計、成型和后處理，行業(yè)過往專注于設(shè)計、成型和后處理過程，原料和設(shè)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(shè)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。

    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(jīng)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(shù)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(jìn)3D打印球形金屬粉末制備關(guān)鍵技術(shù)，研制出滿足AMS、ASTM等標(biāo)準(zhǔn)的合金粉末材料，該類材料已成功應(yīng)用于我國航空航天、醫(yī)療領(lǐng)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(shù)封鎖。中航邁特先后與EOS、SAFRAN、GKN等建立合作關(guān)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(chǎn)業(yè)化——專注技術(shù)突破，擺脫桎梏

20多年前，我國3D打印領(lǐng)域的研究和成果轉(zhuǎn)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(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)用前景廣闊。帶有江蘇人與生俱來的敏銳嗅覺，高正江總經(jīng)理看到了自己所學(xué)專業(yè)——金屬粉末材料在3D打印應(yīng)用領(lǐng)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(jīng)理這樣告訴記者：“我國的基礎(chǔ)粉末材料產(chǎn)業(yè)多年來雖受到國家支持，但技術(shù)成果多集中于院所高校，技術(shù)成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化不足，高端粉末材料市場一直被發(fā)達(dá)國家的大公司壟斷。目前，新興3D打印金屬粉末這一關(guān)鍵性基礎(chǔ)材料基本依賴進(jìn)口。

雖然近年來我國金屬粉末技術(shù)產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)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(jīng)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用階段，而我國還處于小批研制階段。因此，從成本和質(zhì)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(yīng)用研究工作做得非常系統(tǒng)，打印機設(shè)備制造商亦對粉末原材料開發(fā)深入，形成一整套材料、設(shè)備、應(yīng)用技術(shù)體系，而我國這三方面是脫節(jié)的，是有鴻溝的，應(yīng)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(jìn)球形金屬粉末材料的制備和3D打印應(yīng)用技術(shù)研究，投入大量的財力和人力以期取得材料制造和應(yīng)用技術(shù)的突破。中航邁特的快速進(jìn)步得益于其科研團(tuán)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(jīng)歷。

當(dāng)記者提到中航邁特的技術(shù)創(chuàng)新時，高經(jīng)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(dá)10多年之久。*開始我國花大價錢引進(jìn)國外的注射成型設(shè)備，但是有了設(shè)備，還要高價進(jìn)口配套的原料。現(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(jìn)口設(shè)備，同時會被要求定制打印原料粉。不預(yù)定的話，要么設(shè)備軟件無法解鎖，不提供售后服務(wù)。所以我國金屬3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展急需國產(chǎn)化，而且是全面國產(chǎn)化。

首先是材料國產(chǎn)化、裝備國產(chǎn)化和軟件國產(chǎn)化，*后是應(yīng)用技術(shù)國產(chǎn)化，實現(xiàn)國產(chǎn)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(chǎn)化，大力進(jìn)行成套國產(chǎn)制粉裝備的研制和攻關(guān)，從根本上打破歐美進(jìn)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(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化研發(fā)生產(chǎn)大容量VIGA真空感應(yīng)氣霧化制粉爐、EIGA電極感應(yīng)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(shù)和設(shè)備。這一系列制粉技術(shù)的突破，將為我國3D打印金屬粉末材料國產(chǎn)化貢獻(xiàn)力量。據(jù)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(shù)，實現(xiàn)制粉設(shè)備的智能化。

    2搭建產(chǎn)研結(jié)合平臺—產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須依拖標(biāo)準(zhǔn)的建立

近年來，在政策的引導(dǎo)和國家項目的帶動下，我國增材制造技術(shù)發(fā)展迅猛，光固化、選區(qū)激光燒結(jié)、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(chǔ)，部分增材制造技術(shù)和產(chǎn)品在航空航天、生物醫(yī)療、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，高性能金屬構(gòu)件增材制造技術(shù)等領(lǐng)域已達(dá)到國際先進(jìn)水平。但我國在增材制造標(biāo)準(zhǔn)方面剛剛起步。

談到國家標(biāo)準(zhǔn)的意義，王華明院士曾提到過：“標(biāo)準(zhǔn)化對于加快推動中國增材制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義，中國增材制造領(lǐng)域已顯現(xiàn)出大量的標(biāo)準(zhǔn)化需求。中國要在制定更多優(yōu)質(zhì)國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，積極提出更多更好的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，讓更多的高素質(zhì)、高水平、國際化的企業(yè)和專家參與到標(biāo)準(zhǔn)的制定當(dāng)中，通過標(biāo)準(zhǔn)助推中國增材制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。”高經(jīng)理也看到了標(biāo)準(zhǔn)的重要性。他介紹，中航邁特兩年內(nèi)制定了30余項3D打印粉末材料企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，積極參與增材制造國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的商討制定，貢獻(xiàn)了大量粉末樣本數(shù)據(jù)。“有了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，3D打印金屬粉末技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展才能更穩(wěn)健。”高正江如是說。

談到3D打印金屬粉末的應(yīng)用市場，高經(jīng)理說：“3D打印金屬粉末的應(yīng)用主要集中在航空航天、醫(yī)療、模具、汽車四大領(lǐng)域。”金屬3D打印粉末用在航空航天領(lǐng)域主要是打印一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)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)*大強度和剛度,因此構(gòu)件常常采用“占空比”很大的異形設(shè)計,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜,像做過“鏤空”處理。這種結(jié)構(gòu)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(dá)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(wǎng)格壁板密封艙等關(guān)鍵部件,采用3D打印技術(shù)，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(jié)構(gòu)多么復(fù)雜,只需逐層打印二維“薄片”并疊加粘結(jié),就可快速將產(chǎn)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(yīng)用跟航空航天有異曲同工之處，也是結(jié)構(gòu)復(fù)雜設(shè)計奇特的構(gòu)件。在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印粉末未來的前景也很廣闊，但是由于粉末需要經(jīng)過三類醫(yī)療注冊，其應(yīng)用推廣還需要時間。

    3打造閉環(huán)發(fā)展團(tuán)隊——用高品質(zhì)、低成本粉末制造技術(shù)助力金屬3D打印產(chǎn)業(yè)爆發(fā)

金屬粉末是金屬3D打印工序的直接性、基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性原材料，其質(zhì)量是決定零部件冶金質(zhì)量的關(guān)鍵要因之一，應(yīng)該得到足夠重視。金屬粉末品質(zhì)的評價包括化學(xué)性能和物理性能，其中化學(xué)性能是基礎(chǔ)，主要是化學(xué)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(chǔ)問題：一是溫度梯度大帶來的應(yīng)力開裂問題，即優(yōu)化控制冷卻凝固問題，進(jìn)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*號，其微量元素的調(diào)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(yīng)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(biāo)是金屬3D打印過程能否順利實現(xiàn)、冶金質(zhì)量是否合格的關(guān)鍵因素。如粒度分布不合理容易造成表面粗糙度大、內(nèi)部未熔合等問題，球形度、流動性、松裝密度達(dá)不到指標(biāo)要求，成形過程中容易產(chǎn)生孔洞等，粉末衛(wèi)星球、空心粉等問題也可能帶來零件內(nèi)部氣孔缺陷。

進(jìn)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(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，歐美公司的技術(shù)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(jìn)制粉技術(shù)的突破和低成本制造技術(shù)的開發(fā)，通過先進(jìn)氣霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、工藝參數(shù)的開發(fā)實現(xiàn)了細(xì)粉收得率的提升，同時開展了多工藝復(fù)合低成本制造技術(shù)，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(jìn)而帶動和影響金屬3D打印產(chǎn)業(yè)進(jìn)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(jīng)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(shù)瓶頸，加強應(yīng)用技術(shù)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(jīng)理認(rèn)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(shù)-應(yīng)用技術(shù)-成本控制”構(gòu)成的一個發(fā)展閉環(huán)。未來3D打印金屬粉末技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要在以下三個方面下功夫：

一、重大制粉設(shè)備及工藝技術(shù)的國產(chǎn)化。粉末材料國產(chǎn)化，首先要解決重大制粉裝備及其工藝技術(shù)的國產(chǎn)化，如開發(fā)新一代大容量智能化氣霧化制粉爐設(shè)備、超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉設(shè)備、新型等離子制粉設(shè)備、低成本超高純凈電極感應(yīng)氣霧化制粉設(shè)備等，在成套裝備的設(shè)計制造、工藝攻關(guān)、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(yīng)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(chǎn)品。我國3D打印粉末材料企業(yè)在加大自身3D打印應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的同時，還要走出國門，面向全球知名打印機設(shè)備商提供粉末產(chǎn)品，加大歐美品牌設(shè)備的打印應(yīng)用開發(fā)力度，拿到國際上去檢驗，進(jìn)而提升產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)水準(zhǔn)，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(chǎn)業(yè)發(fā)展必然趨勢，其關(guān)鍵仍在于技術(shù)突破和跨學(xué)科技術(shù)互鑒提升。

以上三點發(fā)展形成了金屬粉末產(chǎn)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(jīng)理一直在強調(diào)的：“技術(shù)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(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，支撐和服務(wù)科技創(chuàng)新成果工程化。圍繞核心基礎(chǔ)零部件、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料和產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)四個方面，實施工業(yè)強基工程，著力解決工業(yè)基礎(chǔ)領(lǐng)域關(guān)鍵問題。想要實現(xiàn)我國3D打印產(chǎn)業(yè)的健康、快速發(fā)展，就要集中力量解決基礎(chǔ)材料的問題。只要基礎(chǔ)材料問題解決了，3D打印的發(fā)展才能實現(xiàn)“設(shè)備-原料-應(yīng)用”的協(xié)同發(fā)展。