3D“墨盒”：从金属粉末到大国之材

3D打印一直被冠以“高科技”头衔，似乎离我们的日常生活很遥远。然而，3D打印的笔筒、台灯、桌子、椅子，甚至是房屋，都已应用到人们日常生活中，那么3D打印最关键的材料——“墨盒”是如何造出来的？如何来保障打印的质量？近日，记者来到位于经开区凉水河二街5号院的中航迈特增材制造和新材料技术创新中心（以下简称“创新中心”）探访，向读者展示3D打印的魅力，了解中航迈特在3D打印材料领域的进展和未来发展方向。

加速金属粉末材料国产化

航天领域的发动机燃油喷嘴、低压涡轮叶片、轻量化部件等，数字医疗方面的膝关节、脊柱笼、义齿等，以及各类装在小瓶子里的粉末被摆放在创新中心的展厅里。“这里展示的都是3D打印的成品和原材料。”中航迈特总经理高正江介绍说。

3D打印相比于传统制造方式，更适合制造复杂结构件及个性化定制，同时节省大量成本。那么什么是3D打印？过程又是怎样的呢？

“3D打印采用了分层加工、叠加成型来完成实体打印。”高正江说，3D打印是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，以金属粉末为原材料，利用高能量束按照一定路径逐层熔化粉末材料，通过逐层打印的方式来构造实体。

“在金属3D打印方面，材料已成为影响行业发展的主要因素之一。”高正江介绍说，金属粉末材料几年前基本是依赖进口，虽然近年来我国金属粉末技术产业发展取得了一些成绩，但是跟欧美老牌企业相比，在产品质量和种类方面还有不小的差距。

为了实现粉末材料的全面国产化，中航迈特大力进行成套国产制粉装备的研制和攻关，从根本上打破欧美进口制粉装备动辄上千万元的高价垄断局面。同时，专注于先进球形金属粉末材料的制备工艺和3D打印应用技术研究。

为了更好地实现3D打印“墨盒”的产业化，创新中心攻克超音速雾化喷嘴设计技术，实现对现有制粉装备的改造升级；引进高强铝合金粉末制备技术，建立高强铝合金粉末材料生产线。完成“大容量真空熔炼气雾化制粉装置及增材制造金属粉末材料成果转化项目”，新增600万以上年产值。

据了解，中航迈特已申请专利16项，其中发明专利11项、实用新型专利5项。作为国家增材制造标准化技术委员会委员单位，公司先后参与制定涉及钛合金、高温合金等粉末材料的国家标准、航空行业标准、医疗行业标准等近10项。

推进选材用材闭环式发展

对于一般用户来说，打印不同的产品，如何选择合适的粉末材料呢？

在2019年11月创新中心挂牌时，中航迈特正式向外界公开了全流程的3D材料设计选型服务，帮助用户小批开发验证，在标准化产品供货交付时增加打印测试验证环节，提供同批次粉末打印试棒及性能数据，为用户节省选材试验时间和成本。材料好不好，试试就知道。

在创新中心，记者看到了3D打印机的真面目。与我们平常看到的打印机不一样，这里的3D打印机个头大，可以用庞然大物来形容。创新中心除配置有多台打印机外，还安装有VIGA-真空感应气雾化制粉设备和高速激光熔覆设备。

高正江说，创新中心可以根据用户实际需求，开展3D打印材料选型小试、金属粉末性能检测评价及打印工艺开发工作，其新增的真空热处理炉、高温力学性能试验机等试验检测设备，加速了产品测试验证步伐，确保粉末产品性能满足客户要求，缩短用户选材试验时间。

这些年，随着3D打印技术在航空航天、数字医疗、汽车、军工、模具等行业得到广泛应用，3D打印的关键材料——球形粉末需求爆发。然而金属3D打印工艺对粉末材料的化学成分、微量元素、气体含量、粒度分布、球形度、空心率、流动性、松装密度等性能要求比较高，用户选材耗时耗力。

从金属粉末到大国之材。高正江说，到2025年，创新中心将围绕国家增材制造和新材料产业培育及传统产业转型升级的重大需求，全面突破增材制造材料、装备、软件、应用、检测等关键技术，构建增材制造技术创新体系；加速创新成果转移转化，孵化1-2家增材制造和新材料高新技术企业，吸收和培养一批国际化领军人才，成为面向全球开放协同、具国际影响力的增材制造技术创新平台。