3D打印（增材制造）一經問世，就帶著“顛覆性”技術的光環，經過近幾年的快速發展，3D打印已在航空航天、模具、醫療、首飾等多個領域中獲得批量化應用，從發動機燃油噴嘴、葉片、隨形冷卻模具、骨科植入物到筆筒、臺燈，都能夠在3D打印機下實現快速成型。用于增材制造的金屬材料被稱為3D打印機的“墨盒”，是影響金屬3D打印過程的基礎和關鍵所在，北京經開區增材制造和新材料技術創新中心（以下簡稱：創新中心），由中航邁特粉冶科技（北京）有限公司牽頭，聯合北京科技大學等單位建設，將增材制造專用材料的研發延伸到應用環節，兩年實現10余種增材制造材料國產化，推動3D打印在更多領域規模化應用。
破解行業難題，增材制造研發延伸至應用環節
走進增材制造和新材料技術創新中心，示范生產線旁邊的展臺上，擺滿了形狀各異、結構復雜的金屬高精密零部件，格外吸引眼球。該中心主任馬騰隨手拿起一個燃油噴嘴介紹說，燃油噴嘴通過一體化成型，內部含有復雜的流道，用3D打印技術代替傳統鑄造、焊接方式生產，不僅縮短了生產周期，也使零件重量更輕、穩定性更好。金屬粉末是3D打印的關鍵，高溫合金材料成分、制粉工藝、原材料制備等各環節都需要突破重重技術難關。
上游金屬材料企業開發的粉末產品，雖然成分及各項指標達到了標準要求，但供應到下游客戶企業進行3D打印生產時，仍然存在開裂、性能指標不合格等現象，這是增材制造行業領域普遍存在的難題，創新中心探索出一條增材制造和新材料開發工藝結合的創新路徑，破解行業難題。
據馬騰介紹，2019年中航邁特粉冶科技（北京）有限公司落戶北京經開區之初，在北京經開區支持技術創新中心建設政策的引導與扶持下，成立了增材制造和新材料技術創新中心，在創新中心占地800余平方米的空間內，搭建了兩條增材制造示范線，同時引進金相組織分析、力學拉伸實驗、熱處理爐等一整套設備。“我們將原本在下游客戶開展的打印測試前移，在金屬材料研發過程中，引入3D打印測試組織及性能測試環節。”馬騰說，以前根據需求研制出金屬材料粉末交付客戶單位進行打印測試，如今金屬粉末制備完成后在創新中心進行3D打印測試，發現問題時有針對性地改進成分與制備工藝，直到打印測試合格才交付客戶單位，減少了終端客戶在測試時可能出現的問題，大大節省了客戶的產品研制到生產的時間。
打印檢測、工藝優化說起來容易做起來難。一種高溫合金材料往往含有十幾個元素，至少含有5種合金化元素，3種微量元素，每一種材料的打印測試、成分優化、制粉工藝調整及打印工藝優化，往往需要經歷至少3輪以上的測試，不斷尋找關鍵影響因素并進行優化。得益于創新中心這個平臺，通過與高校科研院所、行業龍頭企業協同研發，中航邁特不僅持續提升了研發能力，還加快了制粉工藝優化的速度。
解應用商之難，助產品創制周期縮短兩月以上
“幫助我們縮短了幾個月的研發周期，新產品的注冊上市更有把握了。”近期，創新中心收到了一家醫療器械領域客戶企業的感謝信息，印證了應用測試與新材料研發相結合路徑創造的效益。
這家醫療器械客戶企業，研發了一款新型骨科植入物，為骨科疾病相關適應癥患者植入骨骼假體，恢復肢體機能。這家企業選擇3D打印進行定制化生產，并采用中航邁特開發的金屬材料。在金屬材料研制開發后，通過創新中心打印測試、優化工藝，交付給這家企業后，快速生產出符合性能指標的產品，為其縮短了2-3個月的研發周期。
如今，3D打印技術在航空航天、數字醫療、汽車、軍工、模具等眾多行業領域得到廣泛應用。如同這家醫療企業一樣，中航邁特的客戶普遍對增材制造材料研發交付節點有著嚴格的要求，創新中心憑借應用測試與新材料研發相結合的方式，聯合高校、科研機構開展技術攻關，符合性能指標、符合生產需求的產品及時交付，為眾多客戶企業縮短了研發周期。
經過幾年的研發與技術經驗積累，創新中心知識產權方面，已申報涵蓋新產品、新工藝、新材料，制粉技術、制粉裝備等領域的52項專利，其中發明35項。今年初又布局了將近80項專利，用創新技術推動行業領域發展。
加碼材料研發，10余種主流合金材料國產化
創新中心通過將新材料的研發延伸至增材制造應用環節，使得中航邁特新材料研發工作更具有針對性，3D打印應用的主流材料，快速在北京經開區實現國產化。
據馬騰介紹，創新中心研發團隊在兩年時間里，已經研發攻關實現了十余種3D打印領域主流材料國產化，其中包括至少6種高溫合金材料和鈦合金材料，2種鋁合金材料。主流材料的國產化打破了國際壟斷，降低了成本、縮短了研發供應周期，推進3D打印技術向多領域大規模應用快速邁進。
GH3230高溫合金材料是3D打印領域普遍應用的材料，由于這種材料工藝化困難，打印過程中開裂、性能不合格等問題難以解決，此前這種材料的國內市場被幾家國外企業壟斷。在創新中心，研發團隊與多家高校與科研院所協調聯動，經過8個月左右時間，進行了至少6輪次的工藝優化，最終實現了GH3230高溫合金材料的國產化替代。
未來，創新中心將不斷提升研發能力。據馬騰介紹，3年內將擴大創新中心空間，增加增材制造示范生產線，還將把創新中心建設成為行業領域的公共服務平臺，為行業高質量發展貢獻力量。
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