粉體包覆技術實現3D打印金屬基復合材料發展加速度

王永生

“主要是高質量金屬復合粉體制備難，其難點在于現有粉體制備技術難以兼顧高球形度和均勻復合化，”中科院粉體材料重點實驗室副主任、研究員楊亞鋒接受《中關村》雜志采訪時說。

瞄準領域公認的此難點，中科院楊亞鋒團隊經過多年研發，創新性研發了粉體包覆改性技術，開發了高質量3D打印復合材料粉體的制備新技術，突破了制備高質量3D打印復合材料粉體的關鍵技術瓶頸。

背景：高質量粉體缺乏制約3D打印技術發展

你知道“天問一號”火星探測器機殼以及“北斗”衛星10余種關鍵構件都是什么材料制造的嗎？都是金屬基復合材料。這一材料在航空航天、能源等核心工程領域不可替代。制造這些復雜結構的金屬部件，3D打印毋庸置疑是排頭兵，直接將粉體加工成復雜零部件，以避免或減少機械加工。

當前，3D打印金屬基復合材料已成為世界各國的前沿研究重點。合金3D打印發展已較為成熟，而具有優異綜合性能的金屬基復合材料的發展仍然停滯。“主要原因就是高質量金屬復合粉體制備難，其難點在于現有粉體制備技術難以兼顧高球形度和均勻復合化，”楊亞鋒接受采訪時說。

高質量粉體缺乏是制約3D打印的關鍵，高質量復合粉體的制備已成為國際公認的難題，針對這一問題，中科院楊亞鋒團隊已研究了十余年。如何協調球形度與均勻性的矛盾是根本出路。

突破：粉體包覆改性技術解決瓶頸

楊亞鋒是一名80后，2004年取得吉林大學材料成型與控制工程專業工學學士，2009年獲得吉林大學材料加工工程工學博士學位。2009年至2013年在昆士蘭大學機械與礦物工程學院任職澳大利亞研究委員會博士后研究員，2014年在皇家墨爾本理工學院增材制造中心任職澳大利亞研究委員會青年研究員。2015年回國工作。主要從事于金屬粉體制備、輕金屬及陶瓷材料的粉末冶金近凈成形制造及3D打印等方面的研究工作。在領域內主流期刊發表文章53篇，發表會議論文14篇，TMS大會粉末冶金分會主席，授予專利4項，Elsevier出版的“粉末冶金鈦合金”專著撰寫2章節。先后獲得了全國優秀博士論文提名獎、吉林省優秀博士論文及德國洪堡基金;作為項目第一申請人主持澳大利亞研究委員會基金兩項，昆士蘭州政府基金一項，昆士蘭大學杰出青年基金一項。

其團隊有8人，其中科研人員占6人。2015年開始，團隊便瞄準高質量粉體缺乏這一難點開展研究。

瞄準領域公認的此難點，團隊開發了粉體包覆改性技術，突破了制備高質量3D打印復合材料粉體的關鍵技術瓶頸。

楊亞鋒團隊提出了粉體包覆制備復合粉體的新思路，在不改變球形度的前提下，實現均勻復合化。這一技術的優點在于均勻性高、球形度好、普適性強。設備搭建方面，團隊自主搭建了粉體流態化包覆改性裝備，實現了高質量3D打印金屬復合粉體制備。產品已通過第三方驗證，符合3D打印標準。

數年研發過程中，團隊人員一刻都不曾停歇。采訪中，記者感受到楊亞鋒團隊每一名研究人員的雷厲風行，果斷干脆，講述每一塊內容時又非常嚴謹縝密。

目前，該項目已加入CAS概念驗證計劃，中科智匯工場為其配備了專屬的技術經理人。提到與中科智匯工場的合作，楊亞鋒首先說到的是感激。

“首先我們是要非常感激中科智匯工場給我們這樣的機會能夠加入到CAS概念驗證計劃當中。我們注意到，中科智匯工場與其他社會機構不同，它是在有意培養前瞻性項目，為我們配備的技術經理人每周都跟我們持續對接跟進，征求技術需求，技術以外還我們對接下游客戶，從平臺方面協助申請資金支持，這是我們自己所不能及的。”

據了解，自2020年正式啟動以來，“智匯行動”概念驗證創新大賽聚焦早期科研項目成長的“前一公里”，累計覆蓋研究所20多個，重點實驗室10余個，100余位科研人員參與其中，70余個項目參與，最終8個項目獲得立項支持，逐漸形成中國科學院原始創新策源地的“蓄水池”。

同時，通過“概念驗證專項資金、專屬技術經理人科技服務、知識產權與法律顧問、“CAS空間”入駐辦公、產業資源與地方市場資源對接、項目包裝及品牌推廣、中科學院科技創新管理培訓”等一系列服務和支持，為早期項目營造一個良好的產業化環境。希望通過一系列舉措和努力，探索科技成果轉移轉化新模式，打造中國科學院概念驗證體系。

“以概念驗證大賽等為抓手，以概念驗證服務為載體，以概念驗證學院提供人才支持，以概念驗證基金提供種子資金，同時完善商業顧問、創業輔導、產業資源對接、投融資服務、孵化空間等概念驗證活動，對早期項目進行重點篩選和培育，支持一批早期項目從實驗室走向市場。”中科智匯工場相關負責人表示。

戰略：全面實現技術產業化發展

截止目前，楊亞鋒團隊生產的復合材料粉體已經初步得到中航工業、日本住友等國內外二十余家企業的認可，初顯經濟效益。項目共獲得專利共11項;其中授權發明專利8項，正在申請3項。

不過，雖然當前生產的復合材料粉體已經初步得到工業屆認可，然而要滿足工業的大批量化定制，還需要解決粉體放大生產中金屬粉體高溫黏性大難流化、不同粒徑顆粒的包覆量精準控制難和前驅體濃度分布不均導致均勻包覆難等突出問題。“目前急需突破連續化生產中的產品穩定性控制技術，建立高質量金屬基復合粉體中試工程驗證平臺，”楊亞鋒說。

作為從中科院的實驗室孵化出來的項目，如何布局產業化，是楊亞峰下一步面臨的重要問題。下一步，團隊將主要聚焦在3D打印高質量金屬基復合粉體的規模化連續生產技術，建立并制定相關的行業標準，建成年產噸級的3D打印復合粉體生產線。在此基礎上，力爭將成為航空發動機葉環風扇、核電裝備以及能源化工等領域的重要供應商。

楊亞鋒提出了四大戰略，一是獨有化戰略：瞄準高端3D打印復合粉體制備技術空白，打造領域內首屈一指的復合材料粉體高端技術服務平臺;二是戰略化聯盟：把握復合材料軍工應用背景，利用我們在3D打印復合粉體技術優勢和獨創性，與軍工企業建立長期合作關系;三是高端化戰略：針對當前3D打印粉體需求市場，選擇具有高附加值、高端應用領域，有針對性地定制生產產品;四是國際化戰略：與歐美、日本等發達國家的高效和科研院所建立戰略合作伙伴關系，聚集人才與資源優勢，提升技術水平。

團隊計劃到2023年實現規模化生產技術優化，實現連續性和穩定性的同步提升，2025年孵化高新技術企業，開拓市場，實現盈利。

轉化：破解科技成果轉化難題

轉化資源配置不到位、轉化過程不連續、轉化路徑設計不科學，這是多數科技成果轉化面臨的難題。一邊是院所手握成果卻難尋下家，一邊是市場尋找優質項目而不得，困局兩端呼吁更多專業機構的介入。

為了更好地服務院所項目完成從0到1的轉變，中科智匯工場推出“CAS概念驗證計劃”、“垂直產業加速器”、“科技金融”等服務，同時，為了加速科技成果轉化工作的開展，發起“技術經理合伙人計劃”。該計劃是集合一批長期從事于投資、產業、科技服務等領域，有豐富行業資源和專業知識的合伙人，可以根據自己優勢領域為科技成果產業化提供助力，解決多數科技成果轉化面臨的轉化資源配置不到位、市場需求不精準、轉化路徑設計不科學、轉化過程不連續的問題，構建科技成果產業化閉環。計劃發起人中科智匯工場依靠中國科學院強大的項目和專家資源，向合伙人定篩選推薦優質的待產業化科技成果，與各合伙人共同完成技術到企業的轉化，助力科學家到企業家的轉變，互利共贏、共同發展。

中科智匯工場是依托中國科學院和海淀區優勢資源，聚焦于中科院科技成果轉移轉化的科技創新綜合體，通過傾心打造的“早期概念驗證、中期孵化加速、后期產業推廣”三級運營體系，助力中科院、高校科研人員、社會優秀創新創業項目，完成科技成果轉化，技術產業化落地。