“從1980年運(yùn)-10飛上天到今年C919成功首飛，中斷了37年的中國大飛機(jī)夢終于實(shí)現(xiàn)了！”在采訪廣東省材料與加工研究所（以下簡稱“廣東省材料與加工研究所”）曾克里副所長的期間，舉國上下都沉浸在大型客機(jī)C919成功首飛帶來的喜悅與自豪的氛圍中，國產(chǎn)大飛機(jī)失落的這37年正好契合了曾克里進(jìn)入中南大學(xué)接觸粉末冶金開始，延續(xù)到今天從未間斷的粉末研究生涯。

在37年里，曾克里曾投身于航空發(fā)動機(jī)用熱噴涂材料研究，并以更優(yōu)的質(zhì)量將當(dāng)年俄羅斯人的傲慢壟斷拒在北門之外，這些經(jīng)歷使曾克里一直信奉“只要用心，在技術(shù)上一定可以做到國產(chǎn)化”，今天C919的成功試飛也更加驗(yàn)證了這一點(diǎn)。而面對我國90%的金屬3D打印粉末來源于進(jìn)口的局面，曾克里依舊相信，國產(chǎn)化我們能行！

成事在人 順利打響第一單

廣東省材料與加工研究所是國內(nèi)第一家能批量供應(yīng)3D打印鎳基粉末的單位之一，而在前幾年，不單是金屬粉末專家曾克里，對整個國內(nèi)的粉末行業(yè)來說，研制專用于3D打印的金屬粉末都是一個陌生的領(lǐng)域。2015年，曾克里得知其師兄所在的某快速制造科技有限責(zé)任公司在國內(nèi)尋找一批用于3D打印的金屬粉末，但國內(nèi)制粉商要么響應(yīng)不積極，要么質(zhì)量不過關(guān)，始終無果，對3D打印還不甚了解的曾克里仔細(xì)查找資料后立刻察覺這是一個很重要的發(fā)展趨勢，當(dāng)即拍板接下這個單子。

這個決定不是空穴來風(fēng)，除卻幾十年自身積累的“內(nèi)功”，曾克里還有一個有利的條件——2014年在工信部一個項(xiàng)目的支持下，廣東省材料與加工研究所投資建設(shè)了當(dāng)時國內(nèi)第一套200kg級的真空霧化設(shè)備，用于制作鎳基、鈷基等高端涂層材料。

往往看似天時地利人和的事情做起來卻會出現(xiàn)很多不可預(yù)料的意外。

首先是設(shè)備剛調(diào)試完非常不穩(wěn)定，剛做完第一批粉末，設(shè)備就出現(xiàn)了問題，曾克里回憶道，“如果等著設(shè)備供應(yīng)商派人來修最快也是三天之后，等他們修好可能十天半個月就過去了，交貨時間根本耽擱不起”。當(dāng)時在所有人覺得這個項(xiàng)目不可能完成的情況下，作為項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)人的曾克里卻頂著壓力依舊堅(jiān)持要做，并且還要如期保質(zhì)保量交貨，最終在他的堅(jiān)持下，研究所依靠自己的力量將設(shè)備維修好。

接下來該和時間賽跑了，卻遇上了堪比春運(yùn)的十一國慶節(jié)。為了在時間節(jié)點(diǎn)完成任務(wù)，位于華東的客戶一邊打印一邊在等著廣州廣東省材料與加工研究所分批送過去的金屬粉末，“那時候貨運(yùn)都停了，我們白天將材料做好，晚上送上大巴車，早上到華東之后要那邊相熟的朋友去接車，然后親自送到客戶手里”?；貞浧鹉嵌未蠹乙黄鹌床臍q月，曾克里印象最深的是包括自己在內(nèi)的研究所里的技術(shù)人員工人們兩天三夜沒合眼地維護(hù)著設(shè)備的穩(wěn)定和生產(chǎn)的正常。

“在處理科研的過程中，需要大家齊心協(xié)力，各方緊密配合才能將事情做好”，曾克里這么多年搞科研項(xiàng)目得出來的結(jié)論又一次得到了驗(yàn)證。

最終，客戶的第一單420公斤金屬粉末的訂單，在曾克里的領(lǐng)導(dǎo)下，第一次實(shí)際接觸3D打印的廣東省材料與加工研究所克服重重困難，花了大概一個月的時間圓滿完成了任務(wù)，雖然一個月420公斤金屬粉末的生產(chǎn)能力在客戶看來還存在一定的差距，但是粉末的質(zhì)量卻得到了極大的肯定。“420公斤的粉末我們分6批送到客戶，每批都復(fù)驗(yàn)，6批的檢測結(jié)果顯示，粉末的粒度范圍控制得相當(dāng)好，平均粒度相差不到一個微米，這是相當(dāng)不容易的?！钡玫娇蛻魸M意的反饋，曾克里更加有信心將3D打印金屬粉末做下去了。

420公斤的金屬粉末對廣東省材料與加工研究所來說這是一個極具歷史意義的訂單，首先是對大批量3D打印金屬粉末供貨能力的考驗(yàn)，同時在這一次與客戶的相互溝通過程中，將3D打印粉末的技術(shù)規(guī)范定下來了，為后續(xù)廣東省材料與加工研究所越發(fā)成熟的3D打印制粉技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

國產(chǎn)粉末質(zhì)量不輸進(jìn)口，為何受制？

目前我國3D打印用金屬粉末90%來源于進(jìn)口，是國產(chǎn)粉末的質(zhì)量不如進(jìn)口嗎？深諳粉末技術(shù)之道的曾克里卻并不這么認(rèn)為。

據(jù)他研究，金屬粉末的打印質(zhì)量并不是由多數(shù)粉末廠商主打的球形度決定的。目前的主流3D打印技術(shù)多以激光或電子束為能量，在高能束將金屬粉末熔化的瞬間也會產(chǎn)生氣化，球形度并非越好打印的質(zhì)量就越好，，“這一點(diǎn)我們在研究進(jìn)口設(shè)備隨機(jī)配套的粉末得到了驗(yàn)證，他們的粉末是氣霧化生產(chǎn)的，但是打印效果卻很好。”吃透了影響3D打印質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)，曾克里肯定，在制粉技術(shù)上我們不存在問題，廣東省材料與加工研究所研制的粉末質(zhì)量不亞于進(jìn)口粉末。

那么國產(chǎn)粉末的問題出在哪里？

曾克里認(rèn)為，首先，與國外已經(jīng)成熟的產(chǎn)業(yè)鏈相比，我國最關(guān)鍵的原因是還沒有一個成規(guī)模的廠家專門做3D打印金屬粉末；其次，沒有穩(wěn)定的訂單量，只有生產(chǎn)量穩(wěn)定之后，產(chǎn)品才能穩(wěn)定，才有可能形成一些產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)的一些3D打印金屬粉末廠家多數(shù)都是用單套設(shè)備兼做多種粉末，這樣容易造成交叉污染，嚴(yán)重影響粉末的質(zhì)量。

“所以我們希望成為一個穩(wěn)定的、專業(yè)3D打印金屬粉末的供應(yīng)商，做成一定的規(guī)模后才能獲得更多的訂單”，曾克里表示。

為了達(dá)到這個目標(biāo)，目前廣東省材料與加工研究所進(jìn)口了一臺烏克蘭的旋轉(zhuǎn)電極霧化設(shè)備（PREP），在已有的鈷基、鎳基為主的基礎(chǔ)上增加鈦合金粉末。這臺烏克蘭的設(shè)備電極旋轉(zhuǎn)速度達(dá)25000轉(zhuǎn)/分，是什么樣的水平呢？曾克里表示國內(nèi)大部分電極旋轉(zhuǎn)在18000轉(zhuǎn)，25000轉(zhuǎn)可以讓粉末的球形度和粒度達(dá)到較為理想的狀態(tài)，提高3D打印粉末的成粉率。另外，已從加拿大進(jìn)口一臺射頻等離子球化設(shè)備。研究所已邁出了第一步，初步建成了齊全的試驗(yàn)設(shè)備，將金屬粉末的種類系列化。

而下一步就是完成產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。2015年6月28日，新的廣東省科學(xué)院成立，廣東省材料與加工研究所各個研究所獲得了更大的自主經(jīng)營權(quán)，其任務(wù)就是將技術(shù)進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化，更好地服務(wù)于廣東省各個產(chǎn)業(yè)。

因此，廣東省材料與加工研究所已經(jīng)在籌備成立公司，將產(chǎn)品推向市場真正實(shí)踐習(xí)近平總書記的期望——“將論文寫在祖國的大地上”。

據(jù)了解，廣東的一家3D打印設(shè)備的制造公司也作為公司的重要股東，參與進(jìn)來。

目前產(chǎn)業(yè)投資、政府基金、金融投資都已到位，萬事具備，但曾克里依舊持謹(jǐn)慎態(tài)度，“對金屬3D打印仍然需要有耐心，我們已經(jīng)做好準(zhǔn)備在等待它的爆發(fā)點(diǎn)”。

金屬3D打印發(fā)展趨勢

“金屬3D打印未來的發(fā)展前景很大”，這一點(diǎn)在曾克里看來是毋庸置疑的，他將目前的3D打印分為以下幾種：

一、外觀件或縮比展示件，僅具有展示功能，不具備實(shí)際運(yùn)行功能；

二、非承力件，例如仿古的酒樽和金屬首飾，能用但不承力；

三、弱承力件，例如醫(yī)療上應(yīng)用的金屬植入物，醫(yī)療夾板等；

四、次承力件，指承受力量不是特別大，但又承力的部件。例如塑料模具、鋁合金壓鑄模。另外在飛機(jī)上使用的3D打印艙門、座椅，不屬于飛機(jī)最關(guān)鍵的受力部位；

五、主承力件，又分為兩種定義：a、在使用過程中承受的力量特別大，例如飛機(jī)的起落架；b、在使用過程中不管承力大小都非常關(guān)鍵的部件，例如飛機(jī)發(fā)動機(jī)中全部的部件都屬于主承力件，也叫做關(guān)鍵部位件。

前四種類型的件金屬3D打印目前都已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的使用階段，而主承力件在我國基本還處于驗(yàn)證階段。金屬3D打印要想鋪向更廣的應(yīng)用，曾克里從技術(shù)的角度提出了幾個解決方案。

首先，強(qiáng)度問題，目前3D打印的強(qiáng)度處于鑄件和鍛件之間，如果3D打印的強(qiáng)度超過鍛件，用途就會大大推廣，現(xiàn)在通過熱等靜壓（HIP）等熱處理技術(shù)已經(jīng)可以使3D打印件的強(qiáng)度超過鍛件的水平；

其次，材料成本，目前3D打印專用的粉末需要做成球形，又要有一定的粒度分布范圍，從目前來看，生產(chǎn)成本很高，例如，目前不銹鋼粉額售價(jià)為二十萬/噸以上。廣東省材料與加工研究所正在試驗(yàn)一種新型的金屬3D打印技術(shù)，可以使用更廉價(jià)的金屬粉末來進(jìn)行3D打印。曾克里透露，“受到陶瓷3D打印的啟發(fā)，我們開發(fā)了一種先將細(xì)粉和高分子結(jié)合在一起，用一種類似注射成型的方法將部件打印出來，然后再燒結(jié)的方法也能打印出金屬部件?！?/p>

目前廣東省材料與加工研究所正在和深圳一家高分子材料公司合作研發(fā)這種新方法，不僅能降低3D打印的成本，而且通過燒結(jié)，打印出來的部件無粉末殘留。曾克里舉了一個很實(shí)際的例子，目前人體植入的鈦合金部件往往是多孔的，里面的殘留粉末很難去除，如果植入人的腦顱內(nèi)，一旦粉末掉出來，造成的后果會非常嚴(yán)重，因此，曾克里認(rèn)為這種新的金屬3D打印技術(shù)有一定的市場需求。

中國金屬3D打印的發(fā)展的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)材料的自給自足。廣東省材料與加工研究所擁有強(qiáng)大的研發(fā)力量作為堅(jiān)強(qiáng)的后盾，政府政策的支持又為其提供了一個非常好的產(chǎn)業(yè)化的平臺，而作為研究所3D打印金屬粉末技術(shù)的帶頭人，擁有著三十多年粉末研究經(jīng)歷的曾克里對技術(shù)敏銳洞悉、對目標(biāo)堅(jiān)定推進(jìn)、對團(tuán)隊(duì)團(tuán)結(jié)凝聚，最重要的是他對中國國產(chǎn)化的能力始終充滿著信心，這種樂觀的態(tài)度正是我們實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的最大的動力之源。