價(jià)格2000元每公斤,，射頻等離子體短流程制備微細(xì)球形鈦粉

本文導(dǎo)讀：文深度介紹,，利用射頻等離子體實(shí)現(xiàn)段流程制備工藝，在最新第四代設(shè)備,，細(xì)粉率可以在99%以上,，平均力度在21個(gè)微米，壓含量小于0.1%,，價(jià)格僅有2000元每公斤,，價(jià)格比同質(zhì)量產(chǎn)品成本減少40%，性能雜質(zhì)含量較適用水平低30%以上,。

2018年11月27-28日,，2018增材制造全球創(chuàng)新大賽在北京豐臺舉行，南極熊發(fā)現(xiàn)了不少非常好的3D打印項(xiàng)目,。例如蘆博昕團(tuán)隊(duì)——射頻等離子體短流程制備微細(xì)球形鈦粉,。
下面是現(xiàn)場速記，南極熊希望可以很好還原其項(xiàng)目路演過程,。

射頻等離子體短流程制備微細(xì)球形鈦粉

——蘆博昕

項(xiàng)目背景
說起3D打鈦合金大家都聽說過,，將球形鈦粉逐層堆積，利用激光進(jìn)行燒結(jié)，最終得到復(fù)雜形狀鈦合金零部件,，目前已經(jīng)應(yīng)用在航空航天,、汽車建材、生物醫(yī)療等領(lǐng)域,，避免了難加工問題,、節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間、節(jié)約生產(chǎn)成本,，現(xiàn)在在民用領(lǐng)域難以得到廣泛應(yīng)用,，主要原因在于原料粉末球形鈦粉。

球形鈦粉存在的問題就是問題特點(diǎn),，首先是粉末粒度偏粗,，由于3D打印鈦合金采用逐層鋪粉進(jìn)行打印，每鋪一層粉末燒結(jié)一次,，鋪粉層的厚度決定了打印精度,。

鋪粉層厚度主要是由粉末力度決定的，目前市售粉末在50微米以上,，很難做到50微米以下,，所以就造成了打印精度嚴(yán)重不足，其次雜質(zhì)含量偏高,，鈦合金性能比較活潑,，每經(jīng)過一道供需氧氮含量增加，目前常規(guī)工藝生產(chǎn)球形鈦粉過程比較長,，流程比較長,，工藝比較復(fù)雜。因此氧氮水平偏高,。

粉末價(jià)格昂貴,，限制鈦合金發(fā)展最重要的因素，目前市收粉末價(jià)格在3000到5000塊錢,，如果打印一個(gè)100克左右眼鏡框僅原料成本300到500元一般民用市場難以接受,。

缺乏獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)，主要針對于制粉設(shè)備而言,，目前普遍球形鈦粉采用購買先進(jìn)設(shè)備回國進(jìn)行自己生產(chǎn),。這對于我們國家自主知識產(chǎn)權(quán)方面是十分不利的。

解決方案
利用射頻等離子體實(shí)現(xiàn)段流程制備工藝,，利用高頻電源，對于惰性氣體進(jìn)行電離,，得到高溫等離子區(qū),，簡單講，像一臺微波爐一樣，我們利用等離子體高溫性能達(dá)到1萬度,，粗氫化鈦顆粒迅速釋放氫氣,，由于氫化鈦顆粒具有特性，遇到高溫會釋放氫氣,，內(nèi)部的氫氣迅速炸裂形成成細(xì)小顆粒,，將射頻等離子體和氫爆聯(lián)系起來，將大顆粒氫化鈦渣炸成小顆粒,，小顆粒在高溫作用下變成球形,，得到了力度細(xì)、含氧低球形鈦,。技術(shù)路線很簡單,，利用海綿鈦將其氫化，用普通的設(shè)備破裂成粗顆粒氫化鈦粉,，利用射頻等離子體球化設(shè)備,，變成了微細(xì)低氧球形鈦粉，該工藝流程短設(shè)備簡單是分適合工業(yè)化生產(chǎn),。

創(chuàng)新點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了20微米以下球形鈦粉的規(guī)�,；�的設(shè)備，保證這一批粉末全部在20微米以下,，通過氫化鈦?zhàn)鳛樵���,，�?shí)現(xiàn)短流程生產(chǎn)，大大提高生產(chǎn)效率,，最后通過氫爆反應(yīng)提高了粉末球化率,。

市場分析
目前主打是3D打印市場，3D打印市場在2016年全球市場份額達(dá)到60億美元,，其中原料所占的比例1/3,，120億元人民幣，鈦合金占據(jù)了打印市場1/3左右,，40億元人民幣,，市場還是很廣闊的。除此之外現(xiàn)在各個(gè)商業(yè)巨頭也都開發(fā)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)了3D打印市場,，美國業(yè)在6億美元在3D打印,。美國通用電氣等等大公司拓展3D打印粉末業(yè)務(wù)。

注射成型市場之外,，目前幾十億市場份額主要是不銹鋼為主,，原因就是注射成型所用鈦粉粒度更細(xì)，成本要求更低,，目前市售無法滿足需求,，國際上APC公司剛剛開發(fā)了注射成型鈦合金粉末,，生產(chǎn)了30噸定單，在國外形成了一定規(guī)模,，國內(nèi)仍需大力發(fā)展,。

競品分析
目前市售球形鈦粉主要是旋轉(zhuǎn)電極霧化法和氣霧化法。

存在主要問題細(xì)粉率不足,，由于工作原理決定的,，旋轉(zhuǎn)電極霧化法是將鈦?zhàn)龀呻姌O，加熱熔融變成液體,，通過旋轉(zhuǎn)電極把液體甩出,，之后冷凝得到細(xì)小的粉末。這樣帶來的問題,，冷凝旋轉(zhuǎn)速度以及溶液黏度是有限的,，你剛剛形成溶液就把它甩出來它也無法達(dá)到很細(xì)的力度。

氣霧化法,，用高速氣流進(jìn)行沖擊,，最終得到冷凝粉末，但是由于鈦合金性能活潑,，與常見材料發(fā)生反應(yīng),，因此熔煉鈦的時(shí)候采用無坩堝熔煉方式過濾度嚴(yán)重不夠。在霧化粉過程中過渡不夠,，細(xì)粉率就下降了,。

因此帶來的問題細(xì)粉率不足，不足30%,，價(jià)格偏高,，大批量供貨存在一定的困難。這是性能對比,，我們的粉末,，最新第四代設(shè)備可以99%以上，平均力度在21個(gè)微米,，壓含量小于0.1%,，價(jià)格僅有2000元每公斤。

運(yùn)營情況
2010年開發(fā)出出帶樣機(jī),，生產(chǎn)出球形粉末,。2013年第二代樣機(jī)針對鈦合金特點(diǎn)進(jìn)行改造，2015年第三代樣機(jī),，年產(chǎn)100噸進(jìn)行了小批量的生產(chǎn),。我們?yōu)楸本┐髮W(xué)提供原料粉末，他們負(fù)責(zé)做一些臨床實(shí)驗(yàn),，目前項(xiàng)目接近結(jié)題,。第四代樣機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)年產(chǎn)300噸的規(guī)模,，急需融資拓展市場。

我們和清華大學(xué)激光工程中心進(jìn)行合作,，開發(fā)了一些TC4的3D打印件，經(jīng)過他們的測試,，我們的力學(xué)性能與常規(guī)鈦粉相比,，強(qiáng)度提高了10%，延伸率提高了20%,，除了3D打印之外,，注射成形廠家提供了樣品，下面是可穿戴設(shè)備零部件和智能手表表殼,。

商業(yè)模式
前期計(jì)劃于常規(guī)粉體銷售為主,，主打低價(jià)戰(zhàn)略，以常規(guī)利潤產(chǎn)品占據(jù)市場,，合作伙伴3D打印服務(wù)平臺中小型3D打印企業(yè),，中期以定制粉體銷售為主，目前客戶為大型集團(tuán)公司,，通過我們的技術(shù)優(yōu)勢提供納米改性粉體產(chǎn)品,，滿足不同領(lǐng)域需求。后期希望與設(shè)備制造廠商合作,，也就是3D打印制造廠商,，實(shí)現(xiàn)模塊化的生產(chǎn)。

項(xiàng)目優(yōu)勢
技術(shù)具有獨(dú)創(chuàng)性不易仿制,。價(jià)格比同質(zhì)量產(chǎn)品成本減少40%,，性能雜質(zhì)含量較適用水平低30%以上。下面是申請國內(nèi)國際專利,。

本輪融資2000萬元,，出讓10%的股份，采用低成本工藝,，毛利率達(dá)到60%,，這是資金的用途。

團(tuán)隊(duì)介紹
負(fù)責(zé)人是郭志猛教授,，北京科技大學(xué)粉末冶金研究所所長,，目前享受國務(wù)院政府特殊津貼。研發(fā)負(fù)責(zé)人郝俊杰教授,。運(yùn)營王海英女士負(fù)責(zé)本項(xiàng)目市場推廣,，我是本項(xiàng)目研發(fā)工程師，負(fù)責(zé)粉沫力度控制和相關(guān)研究工作,。這是年輕富有朝氣的團(tuán)隊(duì),，謝謝大家,！

專家點(diǎn)評
張嘉振：基本產(chǎn)業(yè)清脆法是不是自己發(fā)明專利？中科院也在做相似的事情,，你們跟他們有區(qū)別嗎,？
蘆博昕：這個(gè)不清楚，我們專利在2010年申請了,。

張嘉振：這個(gè)粉達(dá)到每公斤2000塊錢,，現(xiàn)在市場價(jià)？
蘆博昕：3千到5千是均價(jià),。

張嘉振：國內(nèi)的鈦粉在2500左右,。
蘆博昕：主要看它的力度，如果粗力度我們也可以便宜,。

張嘉振：我們指的細(xì)分,，不是電子束，如果國內(nèi)2500,，你這個(gè)2000力度好像沒有那么大,。第二你買（APMC）可能貴一點(diǎn)，在3000左右,。
蘆博昕：不光是力度,，還有球形度和氧含量和雜性含量都有優(yōu)勢，我們可以綜合比較一下,，如果他們價(jià)格跟我們持平,。

張嘉振：（海信）研究院1700左右一公斤。另外用你們粉力學(xué)性能大約10%左右,，做沒有做過一個(gè)比較細(xì)致的研究,，是因?yàn)榉鄣脑�因，還是打印不穩(wěn)定性等等機(jī)器的匹配,，這里面因素很多,，是不是因?yàn)榉蹖?dǎo)致了同樣的機(jī)器，同樣的流程,，同樣的控制過程,，你的粉和別人比打出來什么樣的東西。
蘆博昕：這是和北航激光打印中心,，他們用我們粉和別人粉一起打印,，同一批打印出來的。

張嘉振：他們是用粗粉,。
蘆博昕：我們有他們給出的檢測報(bào)告,。具體聯(lián)系方面不是我負(fù)責(zé)聯(lián)系的。

吳西鎮(zhèn)：以20微米球形一次性能夠大概占比例多少,。
蘆博昕：我們的粉占90%以上,。

吳西鎮(zhèn)：中間經(jīng)過篩選,？
蘆博昕：后期可以經(jīng)過篩選，因?yàn)橐淮纬鰜碇�后得�?0%以上細(xì)粉率,，后期一般會經(jīng)過篩選,，把個(gè)別粗大給剔除掉了。

吳西鎮(zhèn)：現(xiàn)在根據(jù)粉體的特點(diǎn),，有沒有想過在哪一個(gè)應(yīng)用場景上作為重點(diǎn)應(yīng)用和圖怕,？
蘆博昕：我們希望把（鑄造）成形成為開拓領(lǐng)域，目前3D打印比較成熟以銷售為主,。（鑄造）成形鈦合金咱們國家發(fā)展緩慢，我們有低價(jià)粉把這個(gè)市場打開,，對于力度要求更為嚴(yán)格,。（鑄造）成形對于粉末要求更細(xì)，要不然無法為料,。