兩年實現(xiàn)10余種主流材料國產(chǎn)化，亦莊智慧擊碎3D打印行業(yè)壁壘

來源：北京亦莊融媒體中心

3D打�。ㄔ霾闹圃欤┮唤�(jīng)問世，就帶著“顛覆性”技術(shù)的光環(huán)，經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，3D打印已在航空航天、模具、醫(yī)療、首飾等多個領(lǐng)域中獲得批量化應(yīng)用，從發(fā)動機燃油噴嘴、葉片、隨形冷卻模具、骨科植入物到筆筒、臺燈，都能夠在3D打印機下實現(xiàn)快速成型。用于增材制造的金屬材料被稱為3D打印機的“墨盒”，是影響金屬3D打印過程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵所在，北京經(jīng)開區(qū)增材制造和新材料技術(shù)創(chuàng)新中心（以下簡稱：創(chuàng)新中心），由中航邁特粉冶科技（北京）有限公司牽頭，聯(lián)合北京科技大學(xué)等單位建設(shè)，將增材制造專用材料的研發(fā)延伸到應(yīng)用環(huán)節(jié)，兩年實現(xiàn)10余種增材制造材料國產(chǎn)化，推動3D打印在更多領(lǐng)域規(guī)�；瘧�(yīng)用。

破解行業(yè)難題，增材制造研發(fā)延伸至應(yīng)用環(huán)節(jié)

走進增材制造和新材料技術(shù)創(chuàng)新中心，示范生產(chǎn)線旁邊的展臺上，擺滿了形狀各異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的金屬高精密零部件，格外吸引眼球。該中心主任馬騰隨手拿起一個燃油噴嘴介紹說，燃油噴嘴通過一體化成型，內(nèi)部含有復(fù)雜的流道，用3D打印技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄造、焊接方式生產(chǎn)，不僅縮短了生產(chǎn)周期，也使零件重量更輕、穩(wěn)定性更好。金屬粉末是3D打印的關(guān)鍵，高溫合金材料成分、制粉工藝、原材料制備等各環(huán)節(jié)都需要突破重重技術(shù)難關(guān)。

上游金屬材料企業(yè)開發(fā)的粉末產(chǎn)品，雖然成分及各項指標(biāo)達到了標(biāo)準(zhǔn)要求，但供應(yīng)到下游客戶企業(yè)進行3D打印生產(chǎn)時，仍然存在開裂、性能指標(biāo)不合格等現(xiàn)象，這是增材制造行業(yè)領(lǐng)域普遍存在的難題，創(chuàng)新中心探索出一條增材制造和新材料開發(fā)工藝結(jié)合的創(chuàng)新路徑，破解行業(yè)難題。

據(jù)馬騰介紹，2019年中航邁特粉冶科技（北京）有限公司落戶北京經(jīng)開區(qū)之初，在北京經(jīng)開區(qū)支持技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)政策的引導(dǎo)與扶持下，成立了增材制造和新材料技術(shù)創(chuàng)新中心，在創(chuàng)新中心占地800余平方米的空間內(nèi)，搭建了兩條增材制造示范線，同時引進金相組織分析、力學(xué)拉伸實驗、熱處理爐等一整套設(shè)備�！拔覀儗⒃�本在下游客戶開展的打印測試前移，在金屬材料研發(fā)過程中，引入3D打印測試組織及性能測試環(huán)節(jié)。”馬騰說，以前根據(jù)需求研制出金屬材料粉末交付客戶單位進行打印測試，如今金屬粉末制備完成后在創(chuàng)新中心進行3D打印測試，發(fā)現(xiàn)問題時有針對性地改進成分與制備工藝，直到打印測試合格才交付客戶單位，減少了終端客戶在測試時可能出現(xiàn)的問題，大大節(jié)省了客戶的產(chǎn)品研制到生產(chǎn)的時間。

打印檢測、工藝優(yōu)化說起來容易做起來難。一種高溫合金材料往往含有十幾個元素，至少含有5種合金化元素，3種微量元素，每一種材料的打印測試、成分優(yōu)化、制粉工藝調(diào)整及打印工藝優(yōu)化，往往需要經(jīng)歷至少3輪以上的測試，不斷尋找關(guān)鍵影響因素并進行優(yōu)化。得益于創(chuàng)新中心這個平臺，通過與高校科研院所、行業(yè)龍頭企業(yè)協(xié)同研發(fā)，中航邁特不僅持續(xù)提升了研發(fā)能力，還加快了制粉工藝優(yōu)化的速度。

解應(yīng)用商之難，助產(chǎn)品創(chuàng)制周期縮短兩月以上

“幫助我們縮短了幾個月的研發(fā)周期，新產(chǎn)品的注冊上市更有把握了。”近期，創(chuàng)新中心收到了一家醫(yī)療器械領(lǐng)域客戶企業(yè)的感謝信息，印證了應(yīng)用測試與新材料研發(fā)相結(jié)合路徑創(chuàng)造的效益。

這家醫(yī)療器械客戶企業(yè)，研發(fā)了一款新型骨科植入物，為骨科疾病相關(guān)適應(yīng)癥患者植入骨骼假體，恢復(fù)肢體機能。這家企業(yè)選擇3D打印進行定制化生產(chǎn)，并采用中航邁特開發(fā)的金屬材料。在金屬材料研制開發(fā)后，通過創(chuàng)新中心打印測試、優(yōu)化工藝，交付給這家企業(yè)后，快速生產(chǎn)出符合性能指標(biāo)的產(chǎn)品，為其縮短了2-3個月的研發(fā)周期。

如今，3D打印技術(shù)在航空航天、數(shù)字醫(yī)療、汽車、軍工、模具等眾多行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如同這家醫(yī)療企業(yè)一樣，中航邁特的客戶普遍對增材制造材料研發(fā)交付節(jié)點有著嚴(yán)格的要求，創(chuàng)新中心憑借應(yīng)用測試與新材料研發(fā)相結(jié)合的方式，聯(lián)合高校、科研機構(gòu)開展技術(shù)攻關(guān)，符合性能指標(biāo)、符合生產(chǎn)需求的產(chǎn)品及時交付，為眾多客戶企業(yè)縮短了研發(fā)周期。

經(jīng)過幾年的研發(fā)與技術(shù)經(jīng)驗積累，創(chuàng)新中心知識產(chǎn)權(quán)方面，已申報涵蓋新產(chǎn)品、新工藝、新材料，制粉技術(shù)、制粉裝備等領(lǐng)域的52項專利，其中發(fā)明35項。今年初又布局了將近80項專利，用創(chuàng)新技術(shù)推動行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。

加碼材料研發(fā)，10余種主流合金材料國產(chǎn)化

創(chuàng)新中心通過將新材料的研發(fā)延伸至增材制造應(yīng)用環(huán)節(jié)，使得中航邁特新材料研發(fā)工作更具有針對性，3D打印應(yīng)用的主流材料，快速在北京經(jīng)開區(qū)實現(xiàn)國產(chǎn)化。

據(jù)馬騰介紹，創(chuàng)新中心研發(fā)團隊在兩年時間里，已經(jīng)研發(fā)攻關(guān)實現(xiàn)了十余種3D打印領(lǐng)域主流材料國產(chǎn)化，其中包括至少6種高溫合金材料和鈦合金材料，2種鋁合金材料。主流材料的國產(chǎn)化打破了國際壟斷，降低了成本、縮短了研發(fā)供應(yīng)周期，推進3D打印技術(shù)向多領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用快速邁進。

GH3230高溫合金材料是3D打印領(lǐng)域普遍應(yīng)用的材料，由于這種材料工藝化困難，打印過程中開裂、性能不合格等問題難以解決，此前這種材料的國內(nèi)市場被幾家國外企業(yè)壟斷。在創(chuàng)新中心，研發(fā)團隊與多家高校與科研院所協(xié)調(diào)聯(lián)動，經(jīng)過8個月左右時間，進行了至少6輪次的工藝優(yōu)化，最終實現(xiàn)了GH3230高溫合金材料的國產(chǎn)化替代。

未來，創(chuàng)新中心將不斷提升研發(fā)能力。據(jù)馬騰介紹，3年內(nèi)將擴大創(chuàng)新中心空間，增加增材制造示范生產(chǎn)線，還將把創(chuàng)新中心建設(shè)成為行業(yè)領(lǐng)域的公共服務(wù)平臺，為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻力量。

記者：田艷軍