國(guó)產(chǎn)3D打印用鈦合金和高溫合金粉末的崛起

十二五期間，我國(guó)正在持續(xù)推進(jìn)新型飛機(jī)和新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。幾位材料專家和航空設(shè)計(jì)所的設(shè)計(jì)師們意識(shí)到，高端鈦合金和高溫合金材料是航空工業(yè)的命脈，而鈦合金和高溫合金球形粉末將是金屬3D打印的戰(zhàn)略性關(guān)鍵材料。

經(jīng)過充分調(diào)研與深思熟慮后，他們?yōu)槲覈?guó)高端金屬球形粉末材料國(guó)產(chǎn)化規(guī)劃出來一條全新的技術(shù)路線——采用超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極離心霧化技術(shù)制備高品質(zhì)金屬球形粉末。

這幾位專家就包括中國(guó)工程院院士張平祥——西安歐中材料科技有限公司（簡(jiǎn)稱“歐中科技”）董事長(zhǎng)。張平祥院士為人低調(diào)，他帶領(lǐng)的歐中科技也是如此。

歐中科技企業(yè)規(guī)劃圖

作為西北有色金屬研究院（集團(tuán)）下屬的專業(yè)從事鈦合金、高溫合金和特種鋼等金屬球形粉末及粉末冶金制件生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，歐中科技建有國(guó)內(nèi)首條超高轉(zhuǎn)速（30000rpm）等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化（SS-PREP）金屬球形粉末工業(yè)化生產(chǎn)線，截止2020年6月，已開發(fā)100多種牌號(hào)的金屬粉末產(chǎn)品，并在航空航天、3D打印、生物醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

值得一提的是，歐中科技雖是2013年注冊(cè)成立，但其生產(chǎn)設(shè)備直到2016年才基本到位，2017年正式投產(chǎn)，2019年企業(yè)營(yíng)收超過5000萬元，連續(xù)兩年翻番，從前三季度情況看，2020年還將繼續(xù)高速增長(zhǎng)。雖然目前年產(chǎn)值規(guī)模并不大，但在投資人眼里，歐中科技發(fā)展?jié)摿薮?，而且在選擇合伙人方面又十分“挑剔”。

01

國(guó)產(chǎn)3D打印用鈦合金和高溫合金粉末的崛起

伴隨著航空航天以及增材制造技術(shù)的發(fā)展，近20年來我國(guó)鈦合金材料發(fā)展一路高歌猛進(jìn)。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前在國(guó)內(nèi)鈦合金材料市場(chǎng)中，能批量生產(chǎn)航空航天級(jí)高端鈦合金材料的企業(yè)主要有西部超導(dǎo)、寶鈦股份、西部材料、陜西天成、湖南金天等企業(yè)；而能夠生產(chǎn)中低端鈦合金材料的企業(yè)，在“中國(guó)鈦谷”——陜西寶雞遍地開花。

縱觀整個(gè)鈦材行業(yè)，不難發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用在中低端的鈦材產(chǎn)能已經(jīng)過剩，而高端鈦材基本能滿足我國(guó)航空航天領(lǐng)域的需求。

“尤其是‘十二五’之后，國(guó)內(nèi)鈦材標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)得到了大幅度提高，無論是美系還是俄系牌號(hào)的鈦合金，一公斤都不進(jìn)口也沒問題！各種成分和性能要求的鈦合金材料國(guó)內(nèi)都能生產(chǎn)，只是高端鈦材國(guó)內(nèi)成本略高。”歐中科技副總經(jīng)理賴運(yùn)金博士向《大國(guó)之材》表示。

提起國(guó)產(chǎn)高端鈦合金材料，賴運(yùn)金打趣地說到，人們常常把高端材料“卡脖子”掛在嘴邊，但這在鈦合金材料領(lǐng)域卻不存在。

20世紀(jì)90年代以來，增材制造（3D打?。┘夹g(shù)因與傳統(tǒng)制造技術(shù)具有巨大差異，儼然已成為工業(yè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，難加工的鈦合金和高溫合金材料也被推廣應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件打印。

盡管能做鈦合金和高溫合金材料的企業(yè)不勝枚舉，但能穩(wěn)定生產(chǎn)3D打印用高端鈦合金和高溫合金粉末的企業(yè)卻少之又少，歐中科技就是其中之一。

多年來，由于國(guó)內(nèi)鈦合金和高溫合金球形粉末制備技術(shù)落后，3D打印尤其是SLM所需的鈦合金和高溫合金細(xì)粉大量依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約了我國(guó)增材制造（3D打?。┘夹g(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

創(chuàng)立之初，歐中科技就瞄準(zhǔn)了我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的“一盤兩片”瓶頸關(guān)鍵材料——鈦合金和高溫合金。在航空飛行器的結(jié)構(gòu)部件中，發(fā)動(dòng)機(jī)是核心，而發(fā)動(dòng)機(jī)的核心又是“一盤兩片”?！耙槐P”即渦輪盤，“兩片”即導(dǎo)向葉片和工作葉片。

在張平祥院士的嚴(yán)苛要求下，歐中科技的鈦合金和高溫合金等高端金屬粉末材料站上了航空航天應(yīng)用的高起點(diǎn)，此后這家企業(yè)更加執(zhí)著于追求增材制造和粉末冶金用高品質(zhì)的鈦合金和高溫合金粉末材料。

據(jù)賴運(yùn)金介紹，歐中科技采用SS-PREP技術(shù)生產(chǎn)的超細(xì)鈦合金和高溫合金球形粉末，純凈度高、球形度好、基本無空心粉和衛(wèi)星粉、流動(dòng)性好、松裝密度和振實(shí)密度高，目前已有20余個(gè)品種粉末產(chǎn)品成功應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域多個(gè)不同類型、不同復(fù)雜程度的鈦合金和高溫合金增材制造關(guān)鍵部件打印，并在多個(gè)重點(diǎn)型號(hào)上裝機(jī)應(yīng)用。

通過“引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新”的方式，歐中科技組建了國(guó)內(nèi)首條超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化（SS-PREP）金屬球形粉末工業(yè)化生產(chǎn)線和國(guó)內(nèi)首條高溫合金粉末盤“超高轉(zhuǎn)速PREP＋熱等靜壓HIP”（SS-PREP Disk）短流程生產(chǎn)線。

憑借過硬的鈦合金、高溫合金等金屬粉末制備技術(shù)和豐富的產(chǎn)品種類以及定制化的服務(wù)，這家企業(yè)成功成為航天科技、航天科工、中國(guó)航發(fā)、航空工業(yè)、鉑力特、飛而康、西北工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、中科院金屬所等航空航天以及增材制造知名企業(yè)和科研院所的原材料供應(yīng)商。

02

探索醫(yī)療“金礦”

3D打印理論上可以實(shí)現(xiàn)任何單一或多金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造提供了全新方法。而鈦合金和高溫合金3D打印技術(shù)，不僅解決了精密結(jié)構(gòu)件的加工難題，還進(jìn)一步擴(kuò)大了鈦合金和高溫合金的應(yīng)用范圍。

“中國(guó)是擁有最多鈦合金牌號(hào)的國(guó)家，因?yàn)槲覀冇忻老?、俄系以及自主研發(fā)的牌號(hào)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)三個(gè)系列的牌號(hào)加起來超過70種?！?/p>

賴運(yùn)金介紹道，無論是打印零部件還是原材料，專用標(biāo)準(zhǔn)缺失是3D打印工程化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)階段面臨的突出問題?！凹词怪朴喠讼嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)容也比較粗淺，很多都是從粉末冶金或者傳統(tǒng)鍛鑄件的標(biāo)準(zhǔn)移植過來的?！?/p>

十三五期間，賴運(yùn)金曾參與多個(gè)增材制造重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，親歷了歐中科技這兩年遇到的各類技術(shù)挑戰(zhàn)。

回憶起2017年參與科技部增材制造與激光制造重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目論證，賴運(yùn)金感觸頗深?！爱?dāng)時(shí)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃指南專門給大尺寸航空件結(jié)構(gòu)件的增材制造設(shè)立了一個(gè)項(xiàng)目，雖然制坯還是用傳統(tǒng)的模鍛或自由鍛，但某些難加工的精細(xì)結(jié)構(gòu)則使用了3D打印技術(shù)來彌補(bǔ)傳統(tǒng)鍛造技術(shù)的不足?！?/p>

這也讓他更加篤定，傳統(tǒng)鍛件與3D打印結(jié)合技術(shù)也會(huì)是未來的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，而歐中科技采用SS-PREP技術(shù)制備的金屬球形粉末尤其適合該技術(shù)。

突破航空航天級(jí)高品質(zhì)金屬粉末后，歐中科技開始探索新的應(yīng)用方向——生物醫(yī)療。

由于鈦合金具有高強(qiáng)度、低密度、無毒性以及良好的生物相容性，如今已經(jīng)成為人工關(guān)節(jié)、骨創(chuàng)傷、牙種植體、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架等醫(yī)用產(chǎn)品的首選材料。

知己知彼方能百戰(zhàn)百勝。布局醫(yī)療領(lǐng)域之前，歐中科技曾做過大量的市場(chǎng)調(diào)研和行業(yè)法律法規(guī)識(shí)別，這讓做慣了航空航天用高端金屬粉末材料的歐中科技，對(duì)金屬粉末材料質(zhì)量控制有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

“航空航天領(lǐng)域用的金屬粉末旨在追求某些突出性能指標(biāo)，例如高強(qiáng)度、高韌性、高疲勞壽命以及耐高低溫等等，因?yàn)檫@些優(yōu)異、極致的性能將直接影響到航空航天裝備性能的挖掘潛力，所以大家會(huì)不計(jì)成本地追求單向指標(biāo)的高性能；但生物醫(yī)療用金屬粉末，需要在價(jià)格可接受的情況下，追求高穩(wěn)定性、高成熟度和通用性以及生物相容性等?！?/p>

經(jīng)過充分的市場(chǎng)調(diào)研后，歐中科技選擇了齒科等骨骼用生物醫(yī)用金屬粉末入局醫(yī)療。“現(xiàn)在國(guó)內(nèi)做生物醫(yī)療用鈷鉻合金球形粉末的企業(yè)不多，再加上國(guó)內(nèi)很多粉末企業(yè)或者銷售商目前還沒有CFDA資質(zhì)?！?/p>

盡管其擁有的相關(guān)牌照可以助力歐中科技在醫(yī)療材料及植入物領(lǐng)域大放異彩，但這家企業(yè)卻變得更加謹(jǐn)慎，決定暫時(shí)放棄醫(yī)療植入物3D打印巨大的市場(chǎng)空間，繼續(xù)扎根基礎(chǔ)材料研究，打磨粉末材料制備技術(shù)。

“我們更愿意花成本和精力繼續(xù)提高完善行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵谏镝t(yī)療用材料產(chǎn)業(yè)鏈，如果出現(xiàn)醫(yī)療糾紛往往會(huì)追溯到原材料。”

憑借著做好行業(yè)護(hù)城河的信念，歐中科技這幾年先后通過了國(guó)際質(zhì)量管理體系（ISO9001）、國(guó)際宇航質(zhì)量管理體系（AS9100D）、國(guó)際醫(yī)療器械質(zhì)量管理體系（ISO13485）、國(guó)家醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊(cè)（CFDA）等第三方認(rèn)證，旨在把醫(yī)療用3D打印金屬粉末的入局門檻做得更高。

在生產(chǎn)和質(zhì)量副總王慶相博士的帶領(lǐng)下，經(jīng)過生產(chǎn)、技術(shù)、質(zhì)量和管理團(tuán)隊(duì)兩年多的共同努力，2020年6月，歐中科技取得了陜西省第一張醫(yī)療用金屬粉末CFDA認(rèn)證。

“下一步我們會(huì)考慮布局生物醫(yī)療用高端金屬粉末材料?！?針對(duì)未來在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展前景，賴運(yùn)金信心十足。

03

反攻海外市場(chǎng)

據(jù)介紹，歐中科技掌握了鈦合金、高溫合金、不銹鋼等特種金屬球形粉末及粉末成型件制備技術(shù)、??????REP設(shè)備裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面的核心技術(shù)，近三年獲得授權(quán)專利20余項(xiàng)，先后獲得陜西省知識(shí)產(chǎn)權(quán)示范企業(yè)、陜西省“專精特新”中小企業(yè)、全國(guó)科技型中小企業(yè)、工信部增材制造“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃示范企業(yè)和國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)等稱號(hào)。

其實(shí)，PREP球形粉末制備工藝最早源于美國(guó)，后來在俄羅斯發(fā)展起來。歐中科技通過引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，掌握了超高轉(zhuǎn)速離心霧化（SS-PREP）金屬球形粉末制備全套技術(shù)，并率先將該技術(shù)推廣應(yīng)用于鈦合金超細(xì)粉制備。

“中國(guó)大量生產(chǎn)俄系牌號(hào)，而歐美一般不生產(chǎn)俄系牌號(hào)，所以中國(guó)在做俄系牌號(hào)的鈦合金高端粉末具有天然的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

這讓歐中科技占據(jù)了極佳的出口優(yōu)勢(shì)。作為少數(shù)可以反向出口3D打印金屬粉末的國(guó)內(nèi)企業(yè)，歐中科技的金屬粉末質(zhì)量可與國(guó)外企業(yè)媲美，其出口額一度占總營(yíng)收額的30%以上。

因此，靠高品質(zhì)產(chǎn)品取勝的歐中科技也曾被國(guó)外企業(yè)盯上，有國(guó)外企業(yè)甚至找上門談收購(gòu)事項(xiàng)，但都被歐中科技拒絕了。

“一是擔(dān)心國(guó)內(nèi)高端金屬粉末材料被‘卡脖子’，另外國(guó)外企業(yè)的一貫‘套路’就是：中國(guó)做不了的時(shí)候，中低端產(chǎn)品天價(jià)賣，高端產(chǎn)品限制賣；而一旦國(guó)產(chǎn)化突破后，又用‘跳樓低價(jià)’把國(guó)內(nèi)廠商扼殺在襁褓之中，等國(guó)內(nèi)企業(yè)經(jīng)營(yíng)不下去的時(shí)候，再反向把你收購(gòu)?！?/p>

雖然產(chǎn)品質(zhì)量得到眾多同行和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的認(rèn)可讓賴運(yùn)金感到欣慰，但他十分清楚歐中科技的使命。作為典型的國(guó)有控股混合所有制企業(yè)，這家獨(dú)具個(gè)性、管理方式新穎的企業(yè)卻常常被外界誤認(rèn)為是私營(yíng)企業(yè)。

歐中科技團(tuán)隊(duì)合影

這支以中國(guó)工程院院士張平祥和陜西省高層次科技領(lǐng)軍人才梁書錦博士為帶頭人的團(tuán)隊(duì)大多是年輕人，平均年齡不到27歲，對(duì)此賴運(yùn)金有自己的判斷：“很多年輕人研發(fā)的產(chǎn)品或者技術(shù)，無論從效率還是綜合性能指標(biāo)，都比我們預(yù)期要好很多?！?/p>

除了重視年輕人的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃，這家企業(yè)還推出了合理化建議獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)制度，打通了一線員工反饋意見和建議的通道?！罢嬲芴岢隹尚行越ㄗh的往往是一線員工，針對(duì)設(shè)備操作、質(zhì)量管控、技術(shù)研發(fā)、流程管理等基礎(chǔ)工作的持續(xù)改進(jìn)，他們最有發(fā)言權(quán)?！?/p>

站在3D打印的風(fēng)口，歐中科技似乎已經(jīng)萬事俱備，因此賴運(yùn)金非?？春闷髽I(yè)的未來。但他強(qiáng)調(diào)，目前歐中科技的銷售收入基數(shù)不大，研發(fā)投入約占銷售收入的20%，未來即使銷售額呈井噴式增長(zhǎng)，也要保證每年的研發(fā)投入占10%以上。

“實(shí)體經(jīng)濟(jì)尤其是新材料產(chǎn)業(yè)，如果哪天不持續(xù)投資固定資產(chǎn)和技術(shù)研發(fā)，就意味著企業(yè)的發(fā)展要走下坡路了?！睋?jù)賴運(yùn)金介紹，目前歐中科技在金屬粉末制備技術(shù)及特種設(shè)備領(lǐng)域申請(qǐng)了100多項(xiàng)發(fā)明專利，未來還會(huì)以每年10%-20%的專利數(shù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到上市時(shí)會(huì)積累到近300項(xiàng)專利技術(shù)。

過去，歐中科技曾把不少資本拒之門外，因此被投資人打上“挑剔”的標(biāo)簽。為此，賴運(yùn)金解釋道：“我們與資本是雙向選擇，如果資本與公司發(fā)展理念不一致，未來勢(shì)必會(huì)影響公司的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。”

盡管眼下還需要不斷投入人力物力以鞏固核心技術(shù)和行業(yè)地位，但歐中科技似乎已經(jīng)把命運(yùn)之舵掌握在自己手中。

【個(gè)人簡(jiǎn)介】

賴運(yùn)金，工學(xué)博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任西安歐中材料科技有限公司副總經(jīng)理，陜西省九三學(xué)社科技委員會(huì)委員。長(zhǎng)期從事鈦合金和高溫合金等特種金屬材料研發(fā)及推廣應(yīng)用工作。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人或骨干主持和參與重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)際科技合作等材料研發(fā)和工程化應(yīng)用類國(guó)家級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)；以第一作者或通訊作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利30余項(xiàng)，主持或參與國(guó)家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂5項(xiàng)。獲西安經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)高端人才、西安市D類人才、陜西省科技進(jìn)步獎(jiǎng)和中國(guó)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽二等獎(jiǎng)等榮譽(yù)。受聘為西北工業(yè)大學(xué)、西安理工大學(xué)和長(zhǎng)安大學(xué)兼職指導(dǎo)教師。

【企業(yè)簡(jiǎn)介】

西安歐中材料科技有限公司擁有國(guó)內(nèi)首條超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極金屬球形粉末生產(chǎn)線，專注于特種金屬球形粉末和粉末冶金研發(fā)及生產(chǎn)；產(chǎn)品涵括鈦合金、高溫合金等100多種牌號(hào)，主要應(yīng)用于航空航天、增材制造（3D打?。?、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。

依托西安市院士專家工作站和西安市3D打印用金屬粉末材料工程技術(shù)研究中心等創(chuàng)新研發(fā)平臺(tái)，歐中科技先后承擔(dān)國(guó)家省市級(jí)各類科研項(xiàng)目60余項(xiàng)，申請(qǐng)專利100余項(xiàng)。被認(rèn)定為西安市科技小巨人企業(yè)、陜西省“專精特新”中小企業(yè)和國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)等，通過了國(guó)際質(zhì)量管理體系（ISO9001）、國(guó)際宇航質(zhì)量管理體系（AS9100D）、國(guó)際醫(yī)療器械質(zhì)量管理體系（ISO13485）、國(guó)家醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊(cè)（CFDA）等。

【產(chǎn)品簡(jiǎn)介】

超高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極鈦合金和高溫合金球形粉末

產(chǎn)品規(guī)格：粉末粒度15-250微米；

技術(shù)指標(biāo)：

SS-PREP鈦合金粉末：球形度≥92%，增氧量≤100ppm，霍爾流速<30s/50g，松裝密度≥55%，振實(shí)密度≥60%，空心粉≤0.5%；

SS-PREP高溫合金粉末：球形度≥94%，增氧量≤50ppm，霍爾流速<14s/50g，松裝密度≥55%，振實(shí)密度≥60%，空心粉≤0.5%，非金屬夾雜個(gè)數(shù)<5個(gè)/kg。

應(yīng)用領(lǐng)域：航空航天增材制造（3D打?。┙Y(jié)構(gòu)及功能部件、冷噴涂及熱噴涂功能部件、高端裝備用粉末冶金部件等。

責(zé)任編輯：lq