国产3D打印用钛合金和高温合金粉末的崛起

十二五期间，我国正在持续推进新型飞机和新型航空发动机的研制。几位材料专家和航空设计所的设计师们意识到，高端钛合金和高温合金材料是航空工业的命脉，而钛合金和高温合金球形粉末将是金属3D打印的战略性关键材料。

经过充分调研与深思熟虑后，他们为我国高端金属球形粉末材料国产化规划出来一条全新的技术路线——采用超高转速等离子旋转电极离心雾化技术制备高品质金属球形粉末。

这几位专家就包括中国工程院院士张平祥——西安欧中材料科技有限公司（简称“欧中科技”）董事长。张平祥院士为人低调，他带领的欧中科技也是如此。

欧中科技企业规划图

作为西北有色金属研究院（集团）下属的专业从事钛合金、高温合金和特种钢等金属球形粉末及粉末冶金制件生产的高新技术企业，欧中科技建有国内首条超高转速（30000rpm）等离子旋转电极雾化（SS-PREP）金属球形粉末工业化生产线，截止2020年6月，已开发100多种牌号的金属粉末产品，并在航空航天、3D打印、生物医疗等领域得到广泛应用。

值得一提的是，欧中科技虽是2013年注册成立，但其生产设备直到2016年才基本到位，2017年正式投产，2019年企业营收超过5000万元，连续两年翻番，从前三季度情况看，2020年还将继续高速增长。虽然目前年产值规模并不大，但在投资人眼里，欧中科技发展潜力巨大，而且在选择合伙人方面又十分“挑剔”。

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国产3D打印用钛合金和高温合金粉末的崛起

伴随着航空航天以及增材制造技术的发展，近20年来我国钛合金材料发展一路高歌猛进。

相关数据显示，目前在国内钛合金材料市场中，能批量生产航空航天级高端钛合金材料的企业主要有西部超导、宝钛股份、西部材料、陕西天成、湖南金天等企业；而能够生产中低端钛合金材料的企业，在“中国钛谷”——陕西宝鸡遍地开花。

纵观整个钛材行业，不难发现，应用在中低端的钛材产能已经过剩，而高端钛材基本能满足我国航空航天领域的需求。

“尤其是‘十二五’之后，国内钛材标准指标得到了大幅度提高，无论是美系还是俄系牌号的钛合金，一公斤都不进口也没问题！各种成分和性能要求的钛合金材料国内都能生产，只是高端钛材国内成本略高。”欧中科技副总经理赖运金博士向《大国之材》表示。

提起国产高端钛合金材料，赖运金打趣地说到，人们常常把高端材料“卡脖子”挂在嘴边，但这在钛合金材料领域却不存在。

20世纪90年代以来，增材制造（3D打印）技术因与传统制造技术具有巨大差异，俨然已成为工业领域的研究热点，难加工的钛合金和高温合金材料也被推广应用于航空航天领域的复杂结构件打印。

尽管能做钛合金和高温合金材料的企业不胜枚举，但能稳定生产3D打印用高端钛合金和高温合金粉末的企业却少之又少，欧中科技就是其中之一。

多年来，由于国内钛合金和高温合金球形粉末制备技术落后，3D打印尤其是SLM所需的钛合金和高温合金细粉大量依赖进口，严重制约了我国增材制造（3D打印）技术和产业的发展。

创立之初，欧中科技就瞄准了我国航空发动机的“一盘两片”瓶颈关键材料——钛合金和高温合金。在航空飞行器的结构部件中，发动机是核心，而发动机的核心又是“一盘两片”。“一盘”即涡轮盘，“两片”即导向叶片和工作叶片。

在张平祥院士的严苛要求下，欧中科技的钛合金和高温合金等高端金属粉末材料站上了航空航天应用的高起点，此后这家企业更加执著于追求增材制造和粉末冶金用高品质的钛合金和高温合金粉末材料。

据赖运金介绍，欧中科技采用SS-PREP技术生产的超细钛合金和高温合金球形粉末，纯净度高、球形度好、基本无空心粉和卫星粉、流动性好、松装密度和振实密度高，目前已有20余个品种粉末产品成功应用于航空航天领域多个不同类型、不同复杂程度的钛合金和高温合金增材制造关键部件打印，并在多个重点型号上装机应用。

通过“引进、消化、吸收、再创新”的方式，欧中科技组建了国内首条超高转速等离子旋转电极雾化（SS-PREP）金属球形粉末工业化生产线和国内首条高温合金粉末盘“超高转速PREP＋热等静压HIP”（SS-PREP Disk）短流程生产线。

凭借过硬的钛合金、高温合金等金属粉末制备技术和丰富的产品种类以及定制化的服务，这家企业成功成为航天科技、航天科工、中国航发、航空工业、铂力特、飞而康、西北工业大学、西安交通大学、中科院金属所等航空航天以及增材制造知名企业和科研院所的原材料供应商。

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探索医疗“金矿”

3D打印理论上可以实现任何单一或多金属复合结构，为复杂结构件的制造提供了全新方法。而钛合金和高温合金3D打印技术，不仅解决了精密结构件的加工难题，还进一步扩大了钛合金和高温合金的应用范围。

“中国是拥有最多钛合金牌号的国家，因为我们有美系、俄系以及自主研发的牌号，现在国内三个系列的牌号加起来超过70种。”

赖运金介绍道，无论是打印零部件还是原材料，专用标准缺失是3D打印工程化产业发展现阶段面临的突出问题。“即使制订了相关标准，其内容也比较粗浅，很多都是从粉末冶金或者传统锻铸件的标准移植过来的。”

十三五期间，赖运金曾参与多个增材制造重点研发项目，亲历了欧中科技这两年遇到的各类技术挑战。

回忆起2017年参与科技部增材制造与激光制造重点研发项目论证，赖运金感触颇深。“当时重点研发计划指南专门给大尺寸航空件结构件的增材制造设立了一个项目，虽然制坯还是用传统的模锻或自由锻，但某些难加工的精细结构则使用了3D打印技术来弥补传统锻造技术的不足。”

这也让他更加笃定，传统锻件与3D打印结合技术也会是未来的一个发展趋势，而欧中科技采用SS-PREP技术制备的金属球形粉末尤其适合该技术。

突破航空航天级高品质金属粉末后，欧中科技开始探索新的应用方向——生物医疗。

由于钛合金具有高强度、低密度、无毒性以及良好的生物相容性，如今已经成为人工关节、骨创伤、牙种植体、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用产品的首选材料。

知己知彼方能百战百胜。布局医疗领域之前，欧中科技曾做过大量的市场调研和行业法律法规识别，这让做惯了航空航天用高端金属粉末材料的欧中科技，对金属粉末材料质量控制有了更进一步的认识。

“航空航天领域用的金属粉末旨在追求某些突出性能指标，例如高强度、高韧性、高疲劳寿命以及耐高低温等等，因为这些优异、极致的性能将直接影响到航空航天装备性能的挖掘潜力，所以大家会不计成本地追求单向指标的高性能；但生物医疗用金属粉末，需要在价格可接受的情况下，追求高稳定性、高成熟度和通用性以及生物相容性等。”

经过充分的市场调研后，欧中科技选择了齿科等骨骼用生物医用金属粉末入局医疗。“现在国内做生物医疗用钴铬合金球形粉末的企业不多，再加上国内很多粉末企业或者销售商目前还没有CFDA资质。”

尽管其拥有的相关牌照可以助力欧中科技在医疗材料及植入物领域大放异彩，但这家企业却变得更加谨慎，决定暂时放弃医疗植入物3D打印巨大的市场空间，继续扎根基础材料研究，打磨粉末材料制备技术。

“我们更愿意花成本和精力继续提高完善行业技术标准，因为在生物医疗用材料产业链，如果出现医疗纠纷往往会追溯到原材料。”

凭借着做好行业护城河的信念，欧中科技这几年先后通过了国际质量管理体系（ISO9001）、国际宇航质量管理体系（AS9100D）、国际医疗器械质量管理体系（ISO13485）、国家医疗器械产品注册（CFDA）等第三方认证，旨在把医疗用3D打印金属粉末的入局门槛做得更高。

在生产和质量副总王庆相博士的带领下，经过生产、技术、质量和管理团队两年多的共同努力，2020年6月，欧中科技取得了陕西省第一张医疗用金属粉末CFDA认证。

“下一步我们会考虑布局生物医疗用高端金属粉末材料。” 针对未来在医疗领域的发展前景，赖运金信心十足。

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反攻海外市场

据介绍，欧中科技掌握了钛合金、高温合金、不锈钢等特种金属球形粉末及粉末成型件制备技术、‍‍‍‍‍‍REP设备装置设计优化等方面的核心技术，近三年获得授权专利20余项，先后获得陕西省知识产权示范企业、陕西省“专精特新”中小企业、全国科技型中小企业、工信部增材制造“一条龙”应用计划示范企业和国家级高新技术企业等称号。

其实，PREP球形粉末制备工艺最早源于美国，后来在俄罗斯发展起来。欧中科技通过引进消化吸收再创新，掌握了超高转速离心雾化（SS-PREP）金属球形粉末制备全套技术，并率先将该技术推广应用于钛合金超细粉制备。

“中国大量生产俄系牌号，而欧美一般不生产俄系牌号，所以中国在做俄系牌号的钛合金高端粉末具有天然的优势。”

这让欧中科技占据了极佳的出口优势。作为少数可以反向出口3D打印金属粉末的国内企业，欧中科技的金属粉末质量可与国外企业媲美，其出口额一度占总营收额的30%以上。

因此，靠高品质产品取胜的欧中科技也曾被国外企业盯上，有国外企业甚至找上门谈收购事项，但都被欧中科技拒绝了。

“一是担心国内高端金属粉末材料被‘卡脖子’，另外国外企业的一贯‘套路’就是：中国做不了的时候，中低端产品天价卖，高端产品限制卖；而一旦国产化突破后，又用‘跳楼低价’把国内厂商扼杀在襁褓之中，等国内企业经营不下去的时候，再反向把你收购。”

虽然产品质量得到众多同行和竞争对手的认可让赖运金感到欣慰，但他十分清楚欧中科技的使命。作为典型的国有控股混合所有制企业，这家独具个性、管理方式新颖的企业却常常被外界误认为是私营企业。

欧中科技团队合影

这支以中国工程院院士张平祥和陕西省高层次科技领军人才梁书锦博士为带头人的团队大多是年轻人，平均年龄不到27岁，对此赖运金有自己的判断：“很多年轻人研发的产品或者技术，无论从效率还是综合性能指标，都比我们预期要好很多。”

除了重视年轻人的职业发展规划，这家企业还推出了合理化建议奖励激励制度，打通了一线员工反馈意见和建议的通道。“真正能提出可行性建议的往往是一线员工，针对设备操作、质量管控、技术研发、流程管理等基础工作的持续改进，他们最有发言权。”

站在3D打印的风口，欧中科技似乎已经万事俱备，因此赖运金非常看好企业的未来。但他强调，目前欧中科技的销售收入基数不大，研发投入约占销售收入的20%，未来即使销售额呈井喷式增长，也要保证每年的研发投入占10%以上。

“实体经济尤其是新材料产业，如果哪天不持续投资固定资产和技术研发，就意味着企业的发展要走下坡路了。”据赖运金介绍，目前欧中科技在金属粉末制备技术及特种设备领域申请了100多项发明专利，未来还会以每年10%-20%的专利数增长，预计到上市时会积累到近300项专利技术。

过去，欧中科技曾把不少资本拒之门外，因此被投资人打上“挑剔”的标签。为此，赖运金解释道：“我们与资本是双向选择，如果资本与公司发展理念不一致，未来势必会影响公司的长远发展。”

尽管眼下还需要不断投入人力物力以巩固核心技术和行业地位，但欧中科技似乎已经把命运之舵掌握在自己手中。

【个人简介】

赖运金，工学博士，教授级高级工程师，毕业于西北工业大学，现任西安欧中材料科技有限公司副总经理，陕西省九三学社科技委员会委员。长期从事钛合金和高温合金等特种金属材料研发及推广应用工作。作为项目负责人或骨干主持和参与重点研发计划、国际科技合作等材料研发和工程化应用类国家级项目10余项；以第一作者或通讯作者发表学术论文20余篇，获授权发明专利30余项，主持或参与国家/行业标准制修订5项。获西安经济技术开发区高端人才、西安市D类人才、陕西省科技进步奖和中国创新创业大赛二等奖等荣誉。受聘为西北工业大学、西安理工大学和长安大学兼职指导教师。

【企业简介】

西安欧中材料科技有限公司拥有国内首条超高转速等离子旋转电极金属球形粉末生产线，专注于特种金属球形粉末和粉末冶金研发及生产；产品涵括钛合金、高温合金等100多种牌号，主要应用于航空航天、增材制造（3D打印）、生物医疗等领域。

依托西安市院士专家工作站和西安市3D打印用金属粉末材料工程技术研究中心等创新研发平台，欧中科技先后承担国家省市级各类科研项目60余项，申请专利100余项。被认定为西安市科技小巨人企业、陕西省“专精特新”中小企业和国家级高新技术企业等，通过了国际质量管理体系（ISO9001）、国际宇航质量管理体系（AS9100D）、国际医疗器械质量管理体系（ISO13485）、国家医疗器械产品注册（CFDA）等。

【产品简介】

超高转速等离子旋转电极钛合金和高温合金球形粉末

产品规格：粉末粒度15-250微米；

技术指标：

SS-PREP钛合金粉末：球形度≥92%，增氧量≤100ppm，霍尔流速<30s/50g，松装密度≥55%，振实密度≥60%，空心粉≤0.5%；

SS-PREP高温合金粉末：球形度≥94%，增氧量≤50ppm，霍尔流速<14s/50g，松装密度≥55%，振实密度≥60%，空心粉≤0.5%，非金属夹杂个数<5个/kg。

应用领域：航空航天增材制造（3D打印）结构及功能部件、冷喷涂及热喷涂功能部件、高端装备用粉末冶金部件等。

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