縱觀整個3D打印產業，材料已成為影響其快速發展的主要因素之一。據有關數據分析報告顯示，未來3D市場復合打印材料的規模將不斷增加，金屬材料的應用也會逐年上升，預計2022年復合材料有望達到1.11億美元，3D打印金屬材料的市場規模達到8億美元，金屬材料的研發生產將有更廣闊的市場空間。

但原料和設備的發展同樣會制約行業發展。如何打破原料和設備的制約，推動行業快速發展成為當下所有3D打印從業人員的困擾。本期，中航邁特粉冶科技（北京）有限公司（以下簡稱“中航邁特”）總經理高正江先生將分享他們是如何進行技術突破和創新，推進金屬3D打印材料國產化的。

專注金屬3D打印粉末研制  打造粉體材料品牌

中航邁特創始團隊大多來自科研院所，具有航空航天材料研發制造背景。中航邁特總經理高正江先生表示：“2015年底團隊組建時，就定下目標專注于金屬3D打印材料的研究開發。”他指出，一是因為團隊成員來自航空航天院所，具有合金材料及粉末制備技術基礎；二是團隊認識到金屬3D打印技術是傳統等材、減材制造工藝的有益補充，全球發展很熱、很快，而粉末材料是金屬3D打印機中的“墨盒”，是關鍵耗材，有長期市場需求。高正江先生強調：“我們的目標是通過技術突破和創新，研發高品質3D打印粉體材料，打造一個具有國際競爭力的粉體材料品牌。”

中航邁特科研團隊先后設計研發了真空感應氣霧化（VIGA）、電極感應氣霧化（EIGA）、等離子旋轉電極（PREP）等先進制粉設備，突破多項制粉關鍵工藝及成套裝備技術，成功研制出符合航標、國軍標、ASTM、AMS等標準的粉末產品，粉末粒度細、球形度高、流動性好、氧含量低，材料性能與進口相當。目前中航邁特主推五大核心系列粉末材料，分別是鈦合金粉末、鎳基合金粉末、鈷鉻合金粉末、鋁合金粉末和鐵基合金粉末。這幾種3D打印粉末材料目前我國大多依賴進口，中航邁特的高品質粉末產品已經實現部分替代進口。

走進中航邁特位于河北廊坊的粉末材料及裝備中試基地，多臺制粉設備開足馬力，粉末處理嚴格規范，成品粉末待檢交付。中試基地已經先后建成國家級增材制造聯合研檢實驗室、省級增材制造產業技術研究院和省市級增材制造和新材料技術創新中心，承擔了國家級、省級科研項目多項。走進榮譽室，我們看到短短兩年多發展，中航邁特斬獲多項獎勵，先后獲得中國3D打印好材料創新獎，北京市新技術新產品獎，總經理高正江先生榮獲北京市百千萬領軍、北京市中關村領軍人物稱號等。

3D打印材料國產化 唯有扎實技術突破和創新

我國與歐美在金屬粉末制備技術差距主要有兩個方面：一是我國制粉裝備能力不足，例如真空感應氣霧化制粉裝備，歐美使用的是一至兩噸、甚至是五噸容量的裝備，早已經處于工業化生產應用階段，而我國中小容量的裝備處于仿制階段，沒有原創技術；超高轉速的等離子旋轉電極制粉設備還依賴從俄、烏進口。二是制粉核心技術薄弱和全流程技術缺失，核心技術的基礎理論研究（如氣霧化氣液兩相流模擬仿真）和工程試驗開發不足，核心霧化噴嘴、等離子槍、變速傳動等器件設計加工能力不足，粉末精準篩分分級設備及技術匱乏，例如3D打印SLM工藝使用的15-45μm粉末的粒徑精準控制還缺乏專業設備，粒度控制不精準造成零部件打印致密度不足或者表面粗糙度大等現象。

中航邁特總經理高正江先生介紹：“高品質球形金屬粉末的制備技術門檻較高，如氣霧化制粉技術還缺乏成熟理論支撐；在工程化應用方面，我國高品質合金材料用大容量真空感應熔煉和氣霧化制粉成套裝備技術還面臨較多技術壁壘和挑戰，國內還不具備開發噸級大容量真空感應氣霧化制粉設備的能力，工藝基礎研究、裝備設計制造、制粉工程化應用等方面跟歐美還存在較大差距，目前多從德國ALD公司高價引進成套設備。”

中航邁特致力于制粉工藝基礎和成套設備技術研發。2016年3月，中航邁特自主研發一款新型VIGA真空感應氣霧化制粉設備，開展3D打印專用高溫合金粉末制備技術研究，制備出高純凈、高球形度鎳基合金粉末產品，研制的GH3536（Hastelloy X）鎳基合金粉末產品成功應用于我國航空發動機燃油嘴零件的打印。2016年6月，自主設計建造的EIGA50型電極感應鈦合金制粉設備實現投產，制備出3D打印SLM工藝用微細球形鈦合金粉末產品，該型裝備技術在國內率先實現國產化，建立一整套自主知識產權，制備的TC4（Ti6Al4V）鈦合金粉末產品應用于我國空天輕質零部件的打印。2017年3月，中航邁特與中外專家合作，開始研制一套高速等離子旋轉電極制粉設備，該型設備合金棒料轉速高，采用高功率等離子體對合金棒料進行加熱熔融，制備的粉末球形度高、氧含量低，適應于激光立體成形結構件的打印制造。中航邁特科研團隊不斷探索新工藝、新技術，2017年11月聯合中科院研制一臺新型等離子霧化制粉設備，該設備各項指標達到設計要求，已經進入熱試階段。

中航邁特在制粉設備技術自主化方面“孜孜不倦”，高正江先生發揮了“領軍”作用。他是一位從軍工院所里走出來的教授級高工和材料專家，從事相關技術工作超過10年，長期研究粉末合金及其制備技術，密切關注全球制粉技術發展動向，深知我國制粉技術的“痛點”，帶領團隊迎難而上，不斷挑戰新工藝，不斷試錯，先后攻克了“無坩堝純凈冶煉”、“細粉收得率”、“陶瓷夾雜物控制”、“粉末流動性”等技術難點。他說，院所老師們和科室老專家不僅教會了他做技術的本領，更重要的是傳承了“爬爐子”扎根生產技術一線的務實工作精神。

在中航邁特的中試基地，現場可以看到除了從歐美引進的幾臺檢測設備，他們制粉及成套生產線設備全部立足于自主化、國產化，基本都是自主設計、加工制造和組裝調試。作為國內唯一一家既生產粉末材料又設計總包制粉設備生產線的企業，中航邁特絕對掌握了3D打印金屬粉末制備技術領域的“核心利器”，跟擁有進口裝備的同行相比，中航邁特擁有的是屬于自己的技術、知識產權和裝備能力，具備核心裝備自主保障能力和規模化生產優勢。高正江先生風趣地介紹：“中航邁特專注制粉裝備技術和粉末業務還有另外一個原因，作為一家初創型公司，沒有較多的資金，只能發揮專長，圍繞制粉這一個突破口持續攻關。”

“材料技術”是金屬3D打印應用爆發的基礎

我國金屬3D打印技術研究先期比較關注打印設備和工藝過程，缺乏對合金材料的優化設計和后處理技術研究。從材料成分設計、微量元素調控、粉末制備、物性控制、粉末改性、粉末回收利用、打印、熱處理和測試評價，整個流程應圍繞“材料技術”開展系統性研究。目前，3D打印用戶外購粉末材料進行打印，并不了解如何根據零件性能需求對所使用的粉末進行成分優化和調控。由于金屬3D打印提供了一種高溫度梯度的粉末成形條件，最終制造出來的零件應力較大，并且各向異性，需要后處理，這就要求用戶對材料的化學性質和物理性能要有一定的認識，通過優化和調控材料更高效地制造出質量穩定的零件。

“材料技術”是金屬3D打印的基礎。在解決了制粉核心裝備的“有無問題”后，中航邁特著手開發適用于德國三大品牌金屬打印機及其參數包的粉末材料，但起步階段并不容易，只能“摸著石頭過河”，一點一點的摸索，在研發過程中，他們投入了數十噸的材料進行試驗試制，連續奮戰數月進行改進和測試。在粉末3D打印應用開發階段，中航邁特與華曙高科、易加三維、西安交大、西工大、北航、沈航等國內重點3D打印企業院校開展合作，實現從合金成分設計、粉末制備、粉末處理、檢測評價到材料打印測試、零部件設計開發應用的快速對接，新研了一批新合金、新材料和零部件，建立多個聯合研發平臺和實驗室，累計開發了幾十項粉末打印工藝參數和熱處理技術。

基于材料技術研究和應用技術聯合研發，中航邁特累計研制了近百種牌號粉末材料，服務全球400多家用戶，包括GE、SAFRAN、GKN、DM、EXONE等歐美企業，能夠為全球用戶提供滿足金屬3D打印需求的“材料超市”和 “用材藥方”。有理由相信“材料技術”將助力金屬3D打印應用爆發時刻的到來。

突出重圍 金屬3D打印產業發展需要新思維

我國金屬3D打印技術產業發展依賴于歐美，無論是材料、裝備、核心器件還是軟件大部分依靠進口。進口設備價格昂貴，粉末耗材種類較少，工藝軟件參數固化，嚴重限制了我國金屬3D打印技術的自主發展和產業應用。突破這一痛點，我們需要跳出傳統高技術產業的“卡脖子”發展模式，政府、企業、院所高校應形成共識，要為國內3D打印企業營造自主創新氛圍，建立支持自主創新產品的市場優先機制，支持材料、裝備、核心器件和軟件國產化。如果還是“市場換技術”的老套路，我國金屬3D打印技術產業發展將持續受限于歐美。

民營企業已經成為我國金屬3D打印產業發展的 “排頭兵”，規模增長較快，具有較高活力，但大多還處于初創成長的關鍵期，亟需良好的市場環境和成長空間；同時應鼓勵自主創新和開發高技術產品，減少重復投資。隨著金屬3D打印技術的快速進步，高正江先生認為金屬3D打印要實現廣泛應用，必須從以下幾點進行突破。一是堅持技術創新，無論是金屬3D打印的材料、裝備、工藝、軟件、檢測、應用都離不開扎實的技術創新，鼓勵3D打印原創技術，培養一批掌握核心產品技術的3D打印領軍企業，特別是民營企業；二是鼓勵應用，創造需求，鼓勵各行業領域選擇3D打印優勢工藝和材料解決方案，控制綜合成本，逐步替代或彌補傳統工藝不足，打開3D打印應用端缺口；三是向美國GE、德國SIEMENS等世界500強企業學習，大型央企國企、軍工集團積極利用3D打印技術為國家重大工程、重點裝備研制提供助力，促進3D打印新技術應用示范引領；四是加大3D打印人才培養，制定人才培養專項政策，政府引導、高校主承、企業搭臺，培養一大批3D打印人才，滿足3D打印產業發展對專業人才的迫切需要；五是積極融入全球3D打印發展技術產業鏈，鼓勵參與全球競爭與合作，統籌策劃進行技術、標準、專利布局。

作為一家軍工院所里走出來的高新技術企業，中航邁特始終堅持核心裝備技術自主化發展不動搖，他們的發展目標是成為一家具有國際競爭力的軍民融合型材料裝備產業集團，助力我國航空航天、新材料和智能制造產業發展。