國產3D列印用鈦合金和高溫合金粉末的崛起

十二五期間，我國正在持續推進新型飛機和新型航空發動機的研製。幾位材料專家和航空設計所的設計師們意識到，高端鈦合金和高溫合金材料是航空工業的命脈，而鈦合金和高溫合金球形粉末將是金屬3D列印的戰略性關鍵材料。

經過充分調研與深思熟慮後，他們為我國高端金屬球形粉末材料國產化規劃出來一條全新的技術路線——採用超高轉速等離子旋轉電極離心霧化技術製備高品質金屬球形粉末。

這幾位專家就包括中國工程院院士張平祥——西安歐中材料科技有限公司（簡稱「歐中科技」）董事長。張平祥院士為人低調，他帶領的歐中科技也是如此。

歐中科技企業規劃圖

作為西北有色金屬研究院（集團）下屬的專業從事鈦合金、高溫合金和特種鋼等金屬球形粉末及粉末冶金製件生產的高新技術企業，歐中科技建有國內首條超高轉速（30000rpm）等離子旋轉電極霧化（SS-PREP）金屬球形粉末工業化生產線，截止2020年6月，已開發100多種牌號的金屬粉末產品，並在航空航天、3D列印、生物醫療等領域得到廣泛應用。

值得一提的是，歐中科技雖是2013年註冊成立，但其生產設備直到2016年才基本到位，2017年正式投產，2019年企業營收超過5000萬元，連續兩年翻番，從前三季度情況看，2020年還將繼續高速增長。雖然目前年產值規模並不大，但在投資人眼裡，歐中科技發展潛力巨大，而且在選擇合伙人方面又十分「挑剔」。

01

國產3D列印用鈦合金和高溫合金粉末的崛起

伴隨著航空航天以及增材製造技術的發展，近20年來我國鈦合金材料發展一路高歌猛進。

相關數據顯示，目前在國內鈦合金材料市場中，能批量生產航空航天級高端鈦合金材料的企業主要有西部超導、寶鈦股份、西部材料、陝西天成、湖南金天等企業；而能夠生產中低端鈦合金材料的企業，在「中國鈦谷」——陝西寶雞遍地開花。

縱觀整個鈦材行業，不難發現，應用在中低端的鈦材產能已經過剩，而高端鈦材基本能滿足我國航空航天領域的需求。

「尤其是『十二五』之後，國內鈦材標準指標得到了大幅度提高，無論是美系還是俄系牌號的鈦合金，一公斤都不進口也沒問題！各種成分和性能要求的鈦合金材料國內都能生產，只是高端鈦材國內成本略高。」歐中科技副總經理賴運金博士向《大國之材》表示。

提起國產高端鈦合金材料，賴運金打趣地說到，人們常常把高端材料「卡脖子」掛在嘴邊，但這在鈦合金材料領域卻不存在。

20世紀90年代以來，增材製造（3D列印）技術因與傳統製造技術具有巨大差異，儼然已成為工業領域的研究熱點，難加工的鈦合金和高溫合金材料也被推廣應用於航空航天領域的複雜結構件列印。

儘管能做鈦合金和高溫合金材料的企業不勝枚舉，但能穩定生產3D列印用高端鈦合金和高溫合金粉末的企業卻少之又少，歐中科技就是其中之一。

多年來，由於國內鈦合金和高溫合金球形粉末製備技術落後，3D列印尤其是SLM所需的鈦合金和高溫合金細粉大量依賴進口，嚴重製約了我國增材製造（3D列印）技術和產業的發展。

創立之初，歐中科技就瞄準了我國航空發動機的「一盤兩片」瓶頸關鍵材料——鈦合金和高溫合金。在航空飛行器的結構部件中，發動機是核心，而發動機的核心又是「一盤兩片」。「一盤」即渦輪盤，「兩片」即導向葉片和工作葉片。

在張平祥院士的嚴苛要求下，歐中科技的鈦合金和高溫合金等高端金屬粉末材料站上了航空航天應用的高起點，此後這家企業更加執著於追求增材製造和粉末冶金用高品質的鈦合金和高溫合金粉末材料。

據賴運金介紹，歐中科技採用SS-PREP技術生產的超細鈦合金和高溫合金球形粉末，純淨度高、球形度好、基本無空心粉和衛星粉、流動性好、松裝密度和振實密度高，目前已有20餘個品種粉末產品成功應用於航空航天領域多個不同類型、不同複雜程度的鈦合金和高溫合金增材製造關鍵部件列印，並在多個重點型號上裝機應用。

通過「引進、消化、吸收、再創新」的方式，歐中科技組建了國內首條超高轉速等離子旋轉電極霧化（SS-PREP）金屬球形粉末工業化生產線和國內首條高溫合金粉末盤「超高轉速PREP＋熱等靜壓HIP」（SS-PREP Disk）短流程生產線。

憑藉過硬的鈦合金、高溫合金等金屬粉末製備技術和豐富的產品種類以及定製化的服務，這家企業成功成為航天科技、航天科工、中國航發、航空工業、鉑力特、飛而康、西北工業大學、西安交通大學、中科院金屬所等航空航天以及增材製造知名企業和科研院所的原材料供應商。

02

探索醫療「金礦」

3D列印理論上可以實現任何單一或多金屬複合結構，為複雜結構件的製造提供了全新方法。而鈦合金和高溫合金3D列印技術，不僅解決了精密結構件的加工難題，還進一步擴大了鈦合金和高溫合金的應用範圍。

「中國是擁有最多鈦合金牌號的國家，因為我們有美系、俄系以及自主研發的牌號，現在國內三個系列的牌號加起來超過70種。」

賴運金介紹道，無論是列印零部件還是原材料，專用標準缺失是3D列印工程化產業發展現階段面臨的突出問題。「即使制訂了相關標準，其內容也比較粗淺，很多都是從粉末冶金或者傳統鍛鑄件的標準移植過來的。」

十三五期間，賴運金曾參與多個增材製造重點研發項目，親歷了歐中科技這兩年遇到的各類技術挑戰。

回憶起2017年參與科技部增材製造與雷射製造重點研發項目論證，賴運金感觸頗深。「當時重點研發計劃指南專門給大尺寸航空件結構件的增材製造設立了一個項目，雖然制坯還是用傳統的模鍛或自由鍛，但某些難加工的精細結構則使用了3D列印技術來彌補傳統鍛造技術的不足。」

這也讓他更加篤定，傳統鍛件與3D列印結合技術也會是未來的一個發展趨勢，而歐中科技採用SS-PREP技術製備的金屬球形粉末尤其適合該技術。

突破航空航天級高品質金屬粉末後，歐中科技開始探索新的應用方向——生物醫療。

由於鈦合金具有高強度、低密度、無毒性以及良好的生物相容性，如今已經成為人工關節、骨創傷、牙種植體、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架等醫用產品的首選材料。

知己知彼方能百戰百勝。布局醫療領域之前，歐中科技曾做過大量的市場調研和行業法律法規識別，這讓做慣了航空航天用高端金屬粉末材料的歐中科技，對金屬粉末材料質量控制有了更進一步的認識。

「航空航天領域用的金屬粉末旨在追求某些突出性能指標，例如高強度、高韌性、高疲勞壽命以及耐高低溫等等，因為這些優異、極致的性能將直接影響到航空航天裝備性能的挖掘潛力，所以大家會不計成本地追求單向指標的高性能；但生物醫療用金屬粉末，需要在價格可接受的情況下，追求高穩定性、高成熟度和通用性以及生物相容性等。」

經過充分的市場調研後，歐中科技選擇了齒科等骨骼用生物醫用金屬粉末入局醫療。「現在國內做生物醫療用鈷鉻合金球形粉末的企業不多，再加上國內很多粉末企業或者銷售商目前還沒有CFDA資質。」

儘管其擁有的相關牌照可以助力歐中科技在醫療材料及植入物領域大放異彩，但這家企業卻變得更加謹慎，決定暫時放棄醫療植入物3D列印巨大的市場空間，繼續紮根基礎材料研究，打磨粉末材料製備技術。

「我們更願意花成本和精力繼續提高完善行業技術標準，因為在生物醫療用材料產業鏈，如果出現醫療糾紛往往會追溯到原材料。」

憑藉著做好行業護城河的信念，歐中科技這幾年先後通過了國際質量管理體系（ISO9001）、國際宇航質量管理體系（AS9100D）、國際醫療器械質量管理體系（ISO13485）、國家醫療器械產品註冊（CFDA）等第三方認證，旨在把醫療用3D列印金屬粉末的入局門檻做得更高。

在生產和質量副總王慶相博士的帶領下，經過生產、技術、質量和管理團隊兩年多的共同努力，2020年6月，歐中科技取得了陝西省第一張醫療用金屬粉末CFDA認證。

「下一步我們會考慮布局生物醫療用高端金屬粉末材料。」 針對未來在醫療領域的發展前景，賴運金信心十足。

03

反攻海外市場

據介紹，歐中科技掌握了鈦合金、高溫合金、不鏽鋼等特種金屬球形粉末及粉末成型件製備技術、‍‍‍‍‍‍REP設備裝置設計優化等方面的核心技術，近三年獲得授權專利20餘項，先後獲得陝西省智慧財產權示範企業、陝西省「專精特新」中小企業、全國科技型中小企業、工信部增材製造「一條龍」應用計劃示範企業和國家級高新技術企業等稱號。

其實，PREP球形粉末製備工藝最早源於美國，後來在俄羅斯發展起來。歐中科技通過引進消化吸收再創新，掌握了超高轉速離心霧化（SS-PREP）金屬球形粉末製備全套技術，並率先將該技術推廣應用於鈦合金超細粉製備。

「中國大量生產俄系牌號，而歐美一般不生產俄系牌號，所以中國在做俄系牌號的鈦合金高端粉末具有天然的優勢。」

這讓歐中科技佔據了極佳的出口優勢。作為少數可以反向出口3D列印金屬粉末的國內企業，歐中科技的金屬粉末質量可與國外企業媲美，其出口額一度佔總營收額的30%以上。

因此，靠高品質產品取勝的歐中科技也曾被國外企業盯上，有國外企業甚至找上門談收購事項，但都被歐中科技拒絕了。

「一是擔心國內高端金屬粉末材料被『卡脖子』，另外國外企業的一貫『套路』就是：中國做不了的時候，中低端產品天價賣，高端產品限制賣；而一旦國產化突破後，又用『跳樓低價』把國內廠商扼殺在襁褓之中，等國內企業經營不下去的時候，再反向把你收購。」

雖然產品質量得到眾多同行和競爭對手的認可讓賴運金感到欣慰，但他十分清楚歐中科技的使命。作為典型的國有控股混合所有制企業，這家獨具個性、管理方式新穎的企業卻常常被外界誤認為是私營企業。

歐中科技團隊合影

這支以中國工程院院士張平祥和陝西省高層次科技領軍人才梁書錦博士為帶頭人的團隊大多是年輕人，平均年齡不到27歲，對此賴運金有自己的判斷：「很多年輕人研發的產品或者技術，無論從效率還是綜合性能指標，都比我們預期要好很多。」

除了重視年輕人的職業發展規劃，這家企業還推出了合理化建議獎勵激勵制度，打通了一線員工反饋意見和建議的通道。「真正能提出可行性建議的往往是一線員工，針對設備操作、質量管控、技術研發、流程管理等基礎工作的持續改進，他們最有發言權。」

站在3D列印的風口，歐中科技似乎已經萬事俱備，因此賴運金非常看好企業的未來。但他強調，目前歐中科技的銷售收入基數不大，研發投入約佔銷售收入的20%，未來即使銷售額呈井噴式增長，也要保證每年的研發投入佔10%以上。

「實體經濟尤其是新材料產業，如果哪天不持續投資固定資產和技術研發，就意味著企業的發展要走下坡路了。」據賴運金介紹，目前歐中科技在金屬粉末製備技術及特種設備領域申請了100多項發明專利，未來還會以每年10%-20%的專利數增長，預計到上市時會積累到近300項專利技術。

過去，歐中科技曾把不少資本拒之門外，因此被投資人打上「挑剔」的標籤。為此，賴運金解釋道：「我們與資本是雙向選擇，如果資本與公司發展理念不一致，未來勢必會影響公司的長遠發展。」

儘管眼下還需要不斷投入人力物力以鞏固核心技術和行業地位，但歐中科技似乎已經把命運之舵掌握在自己手中。

【個人簡介】

賴運金，工學博士，教授級高級工程師，畢業於西北工業大學，現任西安歐中材料科技有限公司副總經理，陝西省九三學社科技委員會委員。長期從事鈦合金和高溫合金等特種金屬材料研發及推廣應用工作。作為項目負責人或骨幹主持和參與重點研發計劃、國際科技合作等材料研發和工程化應用類國家級項目10餘項；以第一作者或通訊作者發表學術論文20餘篇，獲授權發明專利30餘項，主持或參與國家/行業標準制修訂5項。獲西安經濟技術開發區高端人才、西安市D類人才、陝西省科技進步獎和中國創新創業大賽二等獎等榮譽。受聘為西北工業大學、西安理工大學和長安大學兼職指導教師。

【企業簡介】

西安歐中材料科技有限公司擁有國內首條超高轉速等離子旋轉電極金屬球形粉末生產線，專注於特種金屬球形粉末和粉末冶金研發及生產；產品涵括鈦合金、高溫合金等100多種牌號，主要應用於航空航天、增材製造（3D列印）、生物醫療等領域。

依託西安市院士專家工作站和西安市3D列印用金屬粉末材料工程技術研究中心等創新研發平臺，歐中科技先後承擔國家省市級各類科研項目60餘項，申請專利100餘項。被認定為西安市科技小巨人企業、陝西省「專精特新」中小企業和國家級高新技術企業等，通過了國際質量管理體系（ISO9001）、國際宇航質量管理體系（AS9100D）、國際醫療器械質量管理體系（ISO13485）、國家醫療器械產品註冊（CFDA）等。

【產品簡介】

超高轉速等離子旋轉電極鈦合金和高溫合金球形粉末

產品規格：粉末粒度15-250微米；

技術指標：

SS-PREP鈦合金粉末：球形度≥92%，增氧量≤100ppm，霍爾流速<30s/50g，松裝密度≥55%，振實密度≥60%，空心粉≤0.5%；

SS-PREP高溫合金粉末：球形度≥94%，增氧量≤50ppm，霍爾流速<14s/50g，松裝密度≥55%，振實密度≥60%，空心粉≤0.5%，非金屬夾雜個數<5個/kg。

應用領域：航空航天增材製造（3D列印）結構及功能部件、冷噴塗及熱噴塗功能部件、高端裝備用粉末冶金部件等。

責任編輯：lq

 

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