粉体包覆技术实现3D打印金属基复合材料发展加速度

王永生

中科院粉末材料重点实验室副主任、研究员杨亚峰在接受《中关村》杂志采访时表示:“主要原因是难以制备高质量的金属复合粉末，难点在于现有的粉末制备技术难以兼顾高球形度和均匀复合。

针对这一领域公认的难点，中科院杨亚峰团队经过多年研发，创新性地发展了粉末涂层改性技术，开发出高质量3D打印复合粉末制备新技术，突破了制备高质量3D打印复合粉末的关键技术瓶颈。背景:优质粉末的缺乏制约了3D打印技术的发展。

你知道田文一号火星探测器的外壳和北斗卫星的10多个关键部件是用什么材料做的吗？它们都是金属基复合材料。这种材料在航空空航天、能源等核心工程领域是不可替代的。3D打印无疑是制造这些复杂金属零件的先锋，直接将粉末加工成复杂零件，以避免或减少机械加工。

目前，3D打印金属基复合材料已成为世界前沿研究热点。3D合金打印的发展已经相对成熟，但是综合性能优异的金属基复合材料的发展仍然停滞不前。“主要原因是难以制备高质量的金属复合粉末，难点在于现有的粉末制备技术难以兼顾高球形度和均匀复合，”杨亚峰在接受采访时表示。

高质量粉末的缺乏是制约3D打印的关键，高质量复合粉末的制备成为国际公认的难题。针对这个问题，中科院杨亚峰团队研究了十几年。如何协调球形和均匀性的矛盾是根本出路。突破:粉末涂料改性技术解决瓶颈

杨亚峰，80后，2004年获得吉林大学材料成型及控制工程学士学位，2009年获得吉林大学材料加工工程博士学位。2009年至2013年在昆士兰大学机械与矿物工程学院担任澳大利亚研究委员会博士后研究员。2014年在皇家墨尔本理工大学增材制造中心担任澳大利亚研究委员会青年研究员。2015年复工。主要从事金属粉末制备、轻金属和陶瓷材料的粉末冶金近净成形制造和3D打印的研究。他在该领域的主流期刊上发表了53篇文章和14篇会议论文。他是TMS会议粉末冶金分会的主席，并获得了4项专利。Elsevier在其专著《粉末冶金钛合金》中写了2章。曾获全国优秀博士学位论文提名奖、吉林省优秀博士学位论文、德国洪堡基金。作为项目的第一申请人，他主持了两项澳大利亚研究理事会基金、一项昆士兰政府基金和一项昆士兰大学杰出青年基金。

该团队由8人组成，其中包括6名研究人员。从2015年开始，团队重点解决了缺乏优质粉的困难。

针对这一领域公认的难点，团队研发了粉末涂层改性技术，突破了制备高质量3D打印复合粉末的关键技术瓶颈。

杨亚峰团队提出了包覆粉体制备复合粉体的新思路，可以在不改变球形度的情况下实现均匀复合。该技术具有均匀性高、球形度好、通用性强的优点。在装备建设方面，团队自主建设了粉末流态化包覆和改性设备，实现了高质量3D打印金属复合粉末的制备。产品已通过第三方验证，符合3D打印标准。

在几年的研发过程中，团队成员一刻也没有停止过。采访中，记者感受到杨亚峰团队中的每一位研究员都是雷厉风行，果断直爽，对每一条内容的讲述都非常严谨细致。

目前项目已经加入CAS概念验证计划，中科智汇工场配备了专门的技术经理。提到与中科智汇工场的合作，杨亚峰首先提到了感恩。

“首先，我们非常感谢中科智汇工场给我们这样一个加入CAS概念验证计划的机会。我们注意到，中科智汇工场不同于其他社会组织。它对培养前瞻性项目感兴趣。为我们配备的技术经理每周继续跟进我们，询问技术需求。除了技术，我们还对接下游客户，协助向平台申请资金支持，这是我们自己力所不及的。”

据了解，自2020年正式启动以来，“智汇行动”概念验证创新大赛聚焦早期科研项目成长的“前一公里”，累计覆盖研究所20多个，重点实验室10余个，100余位科研人员参与其中，70余个项目参与，最终8个项目获得立项支持，逐渐形成中国科学院原始创新策源地的“蓄水池”。

据了解，“智汇行动”概念创新大赛自2020年正式启动以来，聚焦早期科研项目成长的“第一公里”，覆盖20余家科研院所、10余家重点实验室、100余名科研人员。70多个项目参与，最终有8个项目获得支持，逐步形成了中科院原始创新源的“蓄水池”。

同时，通过“概念验证专项资金、专属技术经理技术服务、知识产权与法律顾问、“CAS空 office”、产业资源与当地市场资源对接、项目包装与品牌推广、中科院科技创新管理培训”等一系列服务与支持，为早期项目营造良好的产业化环境。希望通过一系列措施和努力，探索科技成果转移转化的新模式，构建中科院概念验证体系。

“以概念验证大赛为抓手，以概念验证服务为载体，以概念验证学院为人才支撑，以概念验证基金为种子基金，同时完善商业咨询、创业辅导、产业资源对接、投融资服务、孵化空等概念验证活动，重点筛选培育早期项目，扶持一批从实验室走向市场的早期项目。”中科智汇工场相关负责人表示。战略:全面实现技术产业化发展。

到目前为止，杨亚峰团队生产的复合粉体已初步得到AVIC、日本住友等20多家国内外企业的认可，并显示出初步的经济效益。该项目共获得11项专利；其中，已授权发明专利8项，申请中3项。

然而，虽然目前生产的复合粉体已经得到工业行业的初步认可，但要满足行业内的大量定量定制，还需要解决粉体放大生产中的一些突出问题，如金属粉末高温粘度大、流化困难、不同粒径颗粒包覆量难以精确控制、前驱体浓度分布不均匀导致包覆不均匀等。“目前迫切需要突破连续生产中的产品稳定性控制技术，建立高质量金属基复合粉末中试工程验证平台，”杨亚峰说。

作为中科院实验室孵化出来的项目，如何布局产业化，是杨亚峰下一步的重要课题。接下来，团队将重点研究3D打印高质量金属基复合粉末规模化连续生产技术，建立并制定相关行业标准，建设年产吨级3D打印复合粉末生产线。在此基础上，力争成为aero 空发动机叶片环风扇、核电设备、能源化工等领域的重要供应商。

杨亚峰提出四大战略，一是独特战略:瞄准高端3D打印复合粉体制备技术空白，打造领域领先的复合粉体高端技术服务平台；二、战略联盟:掌握复合材料的军事应用背景，利用我们在3D打印复合粉末技术方面的优势和原创性，与军工企业建立长期合作关系；三是高端战略:根据当前3D打印粉的需求市场，选择高附加值的高端应用领域，有针对性地定制生产产品；第四，国际化战略:与欧美日等发达国家的高效科研院所建立战略合作伙伴关系，集聚人才和资源优势，提升技术水平。

团队计划到2023年实现规模化生产技术的优化，实现连续性和稳定性的同步提升，2025年孵化高科技企业，开拓市场，实现盈利。转化:解决科技成果转化问题

资源配置不到位、转化过程不连续、转化路径设计不科学，这些都是大部分科技成果面临的困境。一方面，研究所很难找到家，另一方面，市场不可能找到优质项目。困境的两端都需要更多专业机构的参与。

为了更好地服务院项目从0到1的转型，中科智汇工场推出了CAS概念验证计划、垂直行业加速器、科技金融等服务。同时，为了加快科技成果转化，推出了技术经理合伙人计划。该计划旨在聚集一批长期从事投资、产业、科技服务等领域，拥有丰富行业资源和专业知识的合伙人。他们可以根据自身优势领域为科技成果产业化提供帮助，解决大部分科技成果转化面临的转化资源配置不充分、市场需求不准确、转化路径设计不科学、转化过程不连续等问题，构建科技成果产业化闭环。项目发起人中科智汇工场依托中科院强大的项目和专家资源，遴选并向合作伙伴推荐优质科技成果进行产业化，与合作伙伴一起完成从技术到企业的转化，帮助科学家成为企业家，互惠互利，共同发展。

中科智汇工场是依托中科院和海淀区优势资源，专注于中科院科技成果转移转化的科技创新综合体。通过“前期概念验证、中期孵化加速、后期产业推广”三级运营体系，帮助中科院、高校科研人员和优秀社会创新创业项目，完成科技成果转化，实现技术产业化。