金属3D打印材料国产化唯有扎实技术突破和创新 ——访中航迈特粉冶科技（北京）有限公司总经理高正江先生

《3D打印世界》讯/纵观整个3D打印产业，材料已成为影响其快速发展的主要因素之一。据有关数据分析报告显示，未来3D市场复合打印材料的规模将不断增加，金属材料的应用也会逐年上升，预计2022年复合材料有望达到1.11亿美元，3D打印金属材料的市场规模达到8亿美元，金属材料的研发生产将有更广阔的市场空间。

但原料和设备的发展同样会制约行业发展。如何打破原料和设备的制约，推动行业快速发展成为当下所有3D打印从业人员的困扰。本期，中航迈特粉冶科技（北京）有限公司（以下简称“中航迈特”）总经理高正江先生将分享他们是如何进行技术突破和创新，推进金属3D打印材料国产化的。

专注金属3D打印粉末研制  打造粉体材料品牌

中航迈特创始团队大多来自科研院所，具有航空航天材料研发制造背景。中航迈特总经理高正江先生表示：“2015年底团队组建时，就定下目标专注于金属3D打印材料的研究开发。”他指出，一是因为团队成员来自航空航天院所，具有合金材料及粉末制备技术基础；二是团队认识到金属3D打印技术是传统等材、减材制造工艺的有益补充，全球发展很热、很快，而粉末材料是金属3D打印机中的“墨盒”，是关键耗材，有长期市场需求。高正江先生强调：“我们的目标是通过技术突破和创新，研发高品质3D打印粉体材料，打造一个具有国际竞争力的粉体材料品牌。”

中航迈特科研团队先后设计研发了真空感应气雾化（VIGA）、电极感应气雾化（EIGA）、等离子旋转电极（PREP）等先进制粉设备，突破多项制粉关键工艺及成套装备技术，成功研制出符合航标、国军标、ASTM、AMS等标准的粉末产品，粉末粒度细、球形度高、流动性好、氧含量低，材料性能与进口相当。目前中航迈特主推五大核心系列粉末材料，分别是钛合金粉末、镍基合金粉末、钴铬合金粉末、铝合金粉末和铁基合金粉末。这几种3D打印粉末材料目前我国大多依赖进口，中航迈特的高品质粉末产品已经实现部分替代进口。

走进中航迈特位于河北廊坊的粉末材料及装备中试基地，多台制粉设备开足马力，粉末处理严格规范，成品粉末待检交付。中试基地已经先后建成国家级增材制造联合研检实验室、省级增材制造产业技术研究院和省市级增材制造和新材料技术创新中心，承担了国家级、省级科研项目多项。走进荣誉室，我们看到短短两年多发展，中航迈特斩获多项奖励，先后获得中国3D打印好材料创新奖，北京市新技术新产品奖，总经理高正江先生荣获北京市百千万领军、北京市中关村领军人物称号等。

3D打印材料国产化 唯有扎实技术突破和创新

我国与欧美在金属粉末制备技术差距主要有两个方面：一是我国制粉装备能力不足，例如真空感应气雾化制粉装备，欧美使用的是一至两吨、甚至是五吨容量的装备，早已经处于工业化生产应用阶段，而我国中小容量的装备处于仿制阶段，没有原创技术；超高转速的等离子旋转电极制粉设备还依赖从俄、乌进口。二是制粉核心技术薄弱和全流程技术缺失，核心技术的基础理论研究（如气雾化气液两相流模拟仿真）和工程试验开发不足，核心雾化喷嘴、等离子枪、变速传动等器件设计加工能力不足，粉末精准筛分分级设备及技术匮乏，例如3D打印SLM工艺使用的15-45μm粉末的粒径精准控制还缺乏专业设备，粒度控制不精准造成零部件打印致密度不足或者表面粗糙度大等现象。

中航迈特总经理高正江先生介绍：“高品质球形金属粉末的制备技术门槛较高，如气雾化制粉技术还缺乏成熟理论支撑；在工程化应用方面，我国高品质合金材料用大容量真空感应熔炼和气雾化制粉成套装备技术还面临较多技术壁垒和挑战，国内还不具备开发吨级大容量真空感应气雾化制粉设备的能力，工艺基础研究、装备设计制造、制粉工程化应用等方面跟欧美还存在较大差距，目前多从德国ALD公司高价引进成套设备。”

中航迈特致力于制粉工艺基础和成套设备技术研发。2016年3月，中航迈特自主研发一款新型VIGA真空感应气雾化制粉设备，开展3D打印专用高温合金粉末制备技术研究，制备出高纯净、高球形度镍基合金粉末产品，研制的GH3536（Hastelloy X）镍基合金粉末产品成功应用于我国航空发动机燃油嘴零件的打印。2016年6月，自主设计建造的EIGA50型电极感应钛合金制粉设备实现投产，制备出3D打印SLM工艺用微细球形钛合金粉末产品，该型装备技术在国内率先实现国产化，建立一整套自主知识产权，制备的TC4（Ti6Al4V）钛合金粉末产品应用于我国空天轻质零部件的打印。2017年3月，中航迈特与中外专家合作，开始研制一套高速等离子旋转电极制粉设备，该型设备合金棒料转速高，采用高功率等离子体对合金棒料进行加热熔融，制备的粉末球形度高、氧含量低，适应于激光立体成形结构件的打印制造。中航迈特科研团队不断探索新工艺、新技术，2017年11月联合中科院研制一台新型等离子雾化制粉设备，该设备各项指标达到设计要求，已经进入热试阶段。

中航迈特在制粉设备技术自主化方面“孜孜不倦”，高正江先生发挥了“领军”作用。他是一位从军工院所里走出来的教授级高工和材料专家，从事相关技术工作超过10年，长期研究粉末合金及其制备技术，密切关注全球制粉技术发展动向，深知我国制粉技术的“痛点”，带领团队迎难而上，不断挑战新工艺，不断试错，先后攻克了“无坩埚纯净冶炼”、“细粉收得率”、“陶瓷夹杂物控制”、“粉末流动性”等技术难点。他说，院所老师们和科室老专家不仅教会了他做技术的本领，更重要的是传承了“爬炉子”扎根生产技术一线的务实工作精神。

在中航迈特的中试基地，现场可以看到除了从欧美引进的几台检测设备，他们制粉及成套生产线设备全部立足于自主化、国产化，基本都是自主设计、加工制造和组装调试。作为国内唯一一家既生产粉末材料又设计总包制粉设备生产线的企业，中航迈特绝对掌握了3D打印金属粉末制备技术领域的“核心利器”，跟拥有进口装备的同行相比，中航迈特拥有的是属于自己的技术、知识产权和装备能力，具备核心装备自主保障能力和规模化生产优势。高正江先生风趣地介绍：“中航迈特专注制粉装备技术和粉末业务还有另外一个原因，作为一家初创型公司，没有较多的资金，只能发挥专长，围绕制粉这一个突破口持续攻关。”

“材料技术”是金属3D打印应用爆发的基础

我国金属3D打印技术研究先期比较关注打印设备和工艺过程，缺乏对合金材料的优化设计和后处理技术研究。从材料成分设计、微量元素调控、粉末制备、物性控制、粉末改性、粉末回收利用、打印、热处理和测试评价，整个流程应围绕“材料技术”开展系统性研究。目前，3D打印用户外购粉末材料进行打印，并不了解如何根据零件性能需求对所使用的粉末进行成分优化和调控。由于金属3D打印提供了一种高温度梯度的粉末成形条件，最终制造出来的零件应力较大，并且各向异性，需要后处理，这就要求用户对材料的化学性质和物理性能要有一定的认识，通过优化和调控材料更高效地制造出质量稳定的零件。

“材料技术”是金属3D打印的基础。在解决了制粉核心装备的“有无问题”后，中航迈特着手开发适用于德国三大品牌金属打印机及其参数包的粉末材料，但起步阶段并不容易，只能“摸着石头过河”，一点一点的摸索，在研发过程中，他们投入了数十吨的材料进行试验试制，连续奋战数月进行改进和测试。在粉末3D打印应用开发阶段，中航迈特与华曙高科、易加三维、西安交大、西工大、北航、沈航等国内重点3D打印企业院校开展合作，实现从合金成分设计、粉末制备、粉末处理、检测评价到材料打印测试、零部件设计开发应用的快速对接，新研了一批新合金、新材料和零部件，建立多个联合研发平台和实验室，累计开发了几十项粉末打印工艺参数和热处理技术。

基于材料技术研究和应用技术联合研发，中航迈特累计研制了近百种牌号粉末材料，服务全球400多家用户，包括GE、SAFRAN、GKN、DM、EXONE等欧美企业，能够为全球用户提供满足金属3D打印需求的“材料超市”和 “用材药方”。有理由相信“材料技术”将助力金属3D打印应用爆发时刻的到来。

突出重围 金属3D打印产业发展需要新思维

我国金属3D打印技术产业发展依赖于欧美，无论是材料、装备、核心器件还是软件大部分依靠进口。进口设备价格昂贵，粉末耗材种类较少，工艺软件参数固化，严重限制了我国金属3D打印技术的自主发展和产业应用。突破这一痛点，我们需要跳出传统高技术产业的“卡脖子”发展模式，政府、企业、院所高校应形成共识，要为国内3D打印企业营造自主创新氛围，建立支持自主创新产品的市场优先机制，支持材料、装备、核心器件和软件国产化。如果还是“市场换技术”的老套路，我国金属3D打印技术产业发展将持续受限于欧美。

民营企业已经成为我国金属3D打印产业发展的 “排头兵”，规模增长较快，具有较高活力，但大多还处于初创成长的关键期，亟需良好的市场环境和成长空间；同时应鼓励自主创新和开发高技术产品，减少重复投资。随着金属3D打印技术的快速进步，高正江先生认为金属3D打印要实现广泛应用，必须从以下几点进行突破。一是坚持技术创新，无论是金属3D打印的材料、装备、工艺、软件、检测、应用都离不开扎实的技术创新，鼓励3D打印原创技术，培养一批掌握核心产品技术的3D打印领军企业，特别是民营企业；二是鼓励应用，创造需求，鼓励各行业领域选择3D打印优势工艺和材料解决方案，控制综合成本，逐步替代或弥补传统工艺不足，打开3D打印应用端缺口；三是向美国GE、德国SIEMENS等世界500强企业学习，大型央企国企、军工集团积极利用3D打印技术为国家重大工程、重点装备研制提供助力，促进3D打印新技术应用示范引领；四是加大3D打印人才培养，制定人才培养专项政策，政府引导、高校主承、企业搭台，培养一大批3D打印人才，满足3D打印产业发展对专业人才的迫切需要；五是积极融入全球3D打印发展技术产业链，鼓励参与全球竞争与合作，统筹策划进行技术、标准、专利布局。

作为一家军工院所里走出来的高新技术企业，中航迈特始终坚持核心装备技术自主化发展不动摇，他们的发展目标是成为一家具有国际竞争力的军民融合型材料装备产业集团，助力我国航空航天、新材料和智能制造产业发展。

本文来源于《3D打印世界》第41期，转载请注明来源

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