粉末冶金產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟平韶波：粉末冶金助力金屬增材制造快速發(fā)展

2020年8月20日-21日,，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)在安徽蕪湖市舉行，此次年會(huì)由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心、安徽省經(jīng)濟(jì)和信息化廳、蕪湖市人民政府指導(dǎo)，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦,，繁昌縣人民政府協(xié)辦，南極熊作為支持媒體對(duì)本次會(huì)議進(jìn)行了直播,。

△粉末冶金產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)平韶波

在“中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇”上,，粉末冶金產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)平韶波發(fā)表主題演講，題目是《粉末冶金助力金屬增材制造快速發(fā)展》,，以下是本場(chǎng)演講的現(xiàn)場(chǎng)速記,，經(jīng)大會(huì)組委會(huì)授權(quán)發(fā)布。
△視頻：粉末冶金助力金屬增材制造快速發(fā)展 演講

平韶波：各位領(lǐng)導(dǎo),、專家及來(lái)賓朋友們,，大家下午好。就像剛才左處長(zhǎng)說(shuō)的,，增材制造領(lǐng)域有材料,、有服務(wù),，有裝備三大塊，其中材料占了24%,，這是一個(gè)非常重要的部分,。就此，我從粉末冶金角度談一下如何助力金屬增材制造快速發(fā)展,，一方面是粉末冶金工藝及產(chǎn)業(yè)概述,，另一方面是粉末冶金與金屬增材制造協(xié)同發(fā)展思考。

我們知道粉末冶金是以金屬粉末為原料,，經(jīng)過(guò)成形和固結(jié)制造金屬材料,、復(fù)合材料及制品的一種綠色、可持續(xù)性制造技術(shù),。主要工藝包括制粉,、混料,、成形,、燒結(jié)以及后續(xù)的后處理等一系列工藝。而粉末冶金技術(shù)之所以有它的優(yōu)勢(shì),，主要在于它的材料利用率比較高,，而且零件的能耗又較低。右上角的兩幅圖上面那一個(gè)是美國(guó)金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)的標(biāo)識(shí),，下面是日本粉末冶金工業(yè)會(huì)的,，它們都顯現(xiàn)出了綠色環(huán)保的標(biāo)識(shí)，也證明粉末冶金技術(shù)是21世紀(jì)首選的節(jié)能節(jié)材,、綠色環(huán)保的金屬成形解決方案,。同時(shí)，粉末冶金技術(shù)也是新材料領(lǐng)域的朝陽(yáng)技術(shù),，也是最關(guān)鍵的共性技術(shù)之一,，可生產(chǎn)其他工藝無(wú)法制造的高硬度、耐高溫,、過(guò)濾分離等結(jié)構(gòu)性,、功能性、復(fù)合性的材料及制品,。

這是粉末冶金制品的種類,，我們可以看出種類非常豐富，而且覆蓋領(lǐng)域非常廣,，從家電,、汽車制造到金屬行業(yè)、石油化工,、航空航天都得到了廣泛應(yīng)用,，比如摩擦材料,、高溫合金、硬質(zhì)合金,、金剛石工模具鋼等都屬于粉末冶金領(lǐng)域以及它的制品,。同時(shí)，粉末冶金在國(guó)防軍工關(guān)鍵戰(zhàn)略領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用,，諸如航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵零部件,、核電、兵器等方面的多種產(chǎn)品都屬于粉末冶金的應(yīng)用范圍,。

我們國(guó)家對(duì)粉末冶金非常重視,，從《中國(guó)制造2025》當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，五項(xiàng)重點(diǎn)工程和十個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域中各有多個(gè)工程和領(lǐng)域與粉末冶金相關(guān),，諸如高溫合金,、3D打印以及鈦合金等。而且從國(guó)家的《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》中,，我們也把關(guān)鍵戰(zhàn)略材料列為三大發(fā)展方向之一,，而且到今年為止要實(shí)現(xiàn)30多種以上的關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)化以及它的應(yīng)用示范，同時(shí)從這30多種當(dāng)中,，有多種重點(diǎn)發(fā)展的材料與粉末冶金相關(guān),。譬如，高端裝備用的特種合金以及稀土功能材料,。保守估計(jì),，目前國(guó)內(nèi)的粉末冶金全行業(yè)整體產(chǎn)值達(dá)到1500億元，已經(jīng)是全球前三,。像圖中展示的鐵基粉末,、銅基粉末等已居全球首位，相關(guān)同行也可以發(fā)現(xiàn)粉末冶金類企業(yè)現(xiàn)在已有千余家,。

粉末冶金與增材制造有什么關(guān)系,？如何助力增材制造的發(fā)展呢？

粉末冶金的原料與金屬增材制造的原料有非常相似之處,。粉末冶金的主要原料有如鐵基,、銅基、高溫及難熔合金等粉末,，而它的工藝采用霧化法,、還原法、旋轉(zhuǎn)電極法等,。同時(shí),，我們知道粉末冶金的原料粉末粒度范圍大概在1微米到100微米之間，而且有不同的形狀,，如球形以及不規(guī)則形狀,，還有一些其他的要求,，純凈度高、氧含量低等,。

這是我國(guó)選取的幾種比較特殊的主要金屬粉末的生產(chǎn)技術(shù)以及產(chǎn)品情況和發(fā)展趨勢(shì),，可以看到鐵基、銅基,、高溫合金,、鋁合金、鈦合金這些大多與增材制造的原料相似,，而且它的趨勢(shì)逐漸在向球形化以及可靠性,、低成本發(fā)展。

可以看出金屬增材制造工藝的原材料當(dāng)下最主要有不銹鋼,、鋁合金,、鈦合金、高溫合金這些粉末,，基本涵蓋在粉末冶金的原材料中,。而且，金屬增材制造的這五種工藝基本是粉末冶金制造工藝的延伸,。我們可以發(fā)現(xiàn)金屬增材制造現(xiàn)在最主要用的原料粉末粒度范圍在25-45微米,，但是要求形貌,、球形度必須非常好,，而且其他要求也與粉末冶金的其他要求基本相似。所以,，目前粉末冶金工藝的主要原料已經(jīng)覆蓋了金屬增材制造工藝的粉末原料,，這從很大程度上可以節(jié)約金屬增材制造粉末的成本。而且現(xiàn)有的金屬增材制造工藝均為粉末冶金的主要制備工藝,。如果我們金屬增材制造工藝下產(chǎn)生了粉末有一部分達(dá)不到它所需要的25-45微米的要求,，剩下過(guò)小或者過(guò)大的包括以及非球形粉末都可以重新應(yīng)用在粉末冶金工藝當(dāng)中，增加它的綜合利用率和綜合收益,。

這張是當(dāng)下世界各地與中國(guó)主要典型的制粉企業(yè),。傳統(tǒng)的粉末巨頭如美國(guó)、瑞典,、德國(guó),、法國(guó)等還是以它們?yōu)橹髟谧鲈霾闹圃祛I(lǐng)域的粉末，而專業(yè)性的金屬增材制造粉末廠商也有英國(guó),、加拿大,、日本和德國(guó)的TLS。中國(guó)企業(yè)也有一部分涉足,，如中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院,、鋼研高納,、中航邁特等，但是國(guó)內(nèi)廠商的市場(chǎng)份額非常小,。就像剛才所講的金屬增材制造材料占一部分,，裝備也占一部分，由于粉末要與打印機(jī)以及工藝相匹配,，所以市場(chǎng)上目前為止金屬增材制造粉末主要是由傳統(tǒng)金屬粉末巨頭生產(chǎn),，由打印設(shè)備廠家捆綁銷售并同時(shí)提供一些工藝參數(shù)。

目前國(guó)內(nèi)金屬增材制造行業(yè)的打印設(shè)備和原材料粉末處于跟蹤模仿階段,，與國(guó)際先進(jìn)水平尤其是國(guó)外領(lǐng)軍企業(yè)差距明顯,。2018年底美國(guó)商務(wù)部出臺(tái)了一份針對(duì)關(guān)鍵技術(shù)與相關(guān)產(chǎn)品的出口管制提案預(yù)告，涉及到3D打印工藝技術(shù)以及相關(guān)粉末生產(chǎn)裝備,、大規(guī)格熱等靜壓裝備等均在擬限制出口之列,，所以有可能造成國(guó)產(chǎn)的金屬增材制造出現(xiàn)“斷奶”情況。當(dāng)前,，雖然國(guó)內(nèi)外的經(jīng)濟(jì)政治形勢(shì)比較嚴(yán)峻,，但是有得必有失，在“卡脖子”技術(shù)產(chǎn)生的同時(shí),，面對(duì)重大挑戰(zhàn)的同時(shí)也是給國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)企業(yè),、科研院所提供了機(jī)遇，促使我們開(kāi)發(fā)創(chuàng)新,，走上自主創(chuàng)新的道路,。這是國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)曾經(jīng)預(yù)測(cè)在2025年，我們的金屬增材制造工藝原材料粉末,，全球市場(chǎng)份額可以達(dá)到50億美金的市場(chǎng)規(guī)模,，而且年增長(zhǎng)率在39.5%。中國(guó)2025年的工藝原料粉末市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到12億,，而且在《中國(guó)制造2025》當(dāng)中,，從技術(shù)路線圖可以發(fā)現(xiàn)，未來(lái)十年對(duì)于金屬增材制造的原材料粉末需求量也是非�,？捎^的,，年均增長(zhǎng)基本在30%左右，今年需求量預(yù)估達(dá)到800噸,，到2025年預(yù)計(jì)達(dá)到2000噸,，所以市場(chǎng)其實(shí)是很可觀的。

這是2014年麥肯錫做的一份報(bào)告,，當(dāng)時(shí)就預(yù)測(cè)增材制造與金屬注射成形是接下來(lái)未來(lái)五年的頂尖技術(shù),。到2018年麥肯錫又重新做了一份報(bào)告，發(fā)現(xiàn)在十大先進(jìn)制造技術(shù)當(dāng)中，增材制造技術(shù)以及金屬粉末注射成形技術(shù)位列最具潛力的技術(shù)前兩名,。因此我們可以發(fā)現(xiàn)增材制造技術(shù)確實(shí)是接下來(lái)一個(gè)時(shí)期的重點(diǎn)攻關(guān)技術(shù),。

然而我們?cè)趺礃影褌鹘y(tǒng)的粉末冶金工藝技術(shù)和增材制造技術(shù)協(xié)同發(fā)展？讓它產(chǎn)生“1+1＞2”的良好趨勢(shì)呢,？傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)有它的優(yōu)勢(shì),，但也有它的缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)成本高,、周期長(zhǎng),；然而，增材制造可以縮短開(kāi)發(fā)周期,，但是它所帶來(lái)的原材料和成本比較高,，加工成本也比較高。因此,，我們?nèi)绻�通過(guò)將增材制造以及傳統(tǒng)的注射成形技術(shù)相互融合,，既可以克服原有產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)可以把增材制造的材料成本降下來(lái),，這將是我們協(xié)同發(fā)展的思路,。美國(guó)Desktop Metal公司就研制出了3D打印+MIM技術(shù)和裝備，他們已經(jīng)獲得了4.38億美元的融資,，而且估值非常高,，達(dá)到3倍以上超過(guò)了15億美元。但是相關(guān)的技術(shù)在國(guó)內(nèi)還處于起步階段,，這張圖是國(guó)外廠商采用的復(fù)合工藝技術(shù),。

另外，我們通過(guò)金屬增材制造的產(chǎn)品還可以添加后處理工序如熱等靜壓技術(shù),，來(lái)減少增材制造當(dāng)中產(chǎn)品產(chǎn)生的缺陷,，可以使它進(jìn)行致密化。這張圖就是對(duì)于增材制造通過(guò)熱等靜壓技術(shù)明顯改善產(chǎn)品表面和內(nèi)部缺陷的實(shí)例,。這是我們做了的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)兩種增材制造技術(shù),，一種是EBM,，一種是DMLS，對(duì)比兩種結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)熱等靜壓技術(shù)后處理之后,，它們的性能均會(huì)有大幅度提升,。

接下來(lái)我簡(jiǎn)單講一下中國(guó)鋼研科技集團(tuán)在這方面的布局。正如剛才潘書(shū)記說(shuō)的,，鋼研院也進(jìn)駐了繁昌,，在此成立了鋼鐵研究院華東分院。中國(guó)鋼研集團(tuán)在粉末冶金領(lǐng)域有巨大的優(yōu)勢(shì)，而鋼鐵研究總院,、安泰科技,、鋼研高納、鋼研納克,、和鋼研新冶在增材制造領(lǐng)域都有一定的優(yōu)勢(shì)和布局,，不管是材料還是工藝方面。所以我們也是想把這種優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,，通過(guò)相關(guān)的同行企業(yè)加強(qiáng)合作,，產(chǎn)生“1+1＞2”的良好效果。

中國(guó)鋼研在金屬增材制造工藝平臺(tái)的建設(shè)上包括前處理,、燒結(jié)成形等制造工藝搭建了相關(guān)的設(shè)備平臺(tái),。目前，中國(guó)鋼研開(kāi)發(fā)的金屬粉末大概有鐵基合金,、鎳基合金,、鈷基合金和鎢等幾種，通過(guò)開(kāi)發(fā)不同的系列以及不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要不同的粉末粒度,。目前我們所制備的純鎢產(chǎn)品相比行業(yè)純鎢的性能已有一定的優(yōu)勢(shì),。

這是我們旗下的熱等靜壓后處理平臺(tái)�,？梢钥闯�,，從大尺寸的直徑1.6×3.2米一直到小尺寸直徑80×100mm都有相應(yīng)的平臺(tái)支撐我們的后處理工藝。所以對(duì)于增材制造與粉末冶金相結(jié)合,，如何結(jié)合能實(shí)現(xiàn)它的效益最大化,？這也是我們協(xié)同發(fā)展的思考。

因?yàn)檫@次是代表粉末冶金產(chǎn)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟作的報(bào)告,。在這里簡(jiǎn)單介紹一下,，粉末冶金產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CPMA）是2010年8月成立，發(fā)起單位一共有33家,，含有冶金企業(yè)骨干,、高等院校和科研機(jī)構(gòu)等。當(dāng)時(shí),，有幸請(qǐng)到了師昌緒師老在聯(lián)盟成立大會(huì)進(jìn)行了致辭,。

CPMA主要是通過(guò)將制粉骨干企業(yè)、裝備制造骨干企業(yè)和機(jī)械零部件的骨干企業(yè)以及主流用戶,，和高校院所加上一些投資,、情報(bào)機(jī)構(gòu)綜合服務(wù)產(chǎn)生的聯(lián)盟機(jī)構(gòu)。主要目標(biāo)就是集中全行業(yè)資源力量全面提高行業(yè)創(chuàng)新能力,，同時(shí)促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí),，滿足國(guó)家戰(zhàn)略需求,，形成產(chǎn)業(yè)鏈間持續(xù)穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關(guān)系。目前為止已經(jīng)達(dá)到100多家,。我們的名譽(yù)理事長(zhǎng)有干勇院士,，專家委員會(huì)主任為黃伯云院士。從2013年10月份已經(jīng)上升為國(guó)家試點(diǎn)聯(lián)盟,，我們?cè)?017年《產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟活躍度評(píng)價(jià)報(bào)告》中,，聯(lián)盟以滿分100分的成績(jī)連續(xù)3年位列第一名，入圍“創(chuàng)新中國(guó)年度服務(wù)平臺(tái)”名單,。而且2018年我們?cè)诒本┏晒χ鬓k了世界粉末冶金大會(huì)暨展覽會(huì),，這也是世界粉末冶金大會(huì)60年來(lái)首次在中國(guó)舉辦。

2015年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化改革有一個(gè)國(guó)務(wù)院的文件,，而且要建立政府主導(dǎo)制定的標(biāo)準(zhǔn)與市場(chǎng)自主制定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同發(fā)展,、協(xié)調(diào)配套的新型標(biāo)準(zhǔn)體系，打破政府單一制定的格局,。聯(lián)盟從2017年底成立了標(biāo)委會(huì),。我們對(duì)于增材制造方面已經(jīng)有《3D打印醫(yī)療植入物用鈦金屬粉末》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榻衲暌咔橛幸恍┑�擱,，但現(xiàn)在已基本恢復(fù),，稍過(guò)段時(shí)間團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)也將會(huì)完成發(fā)布。

最后借用歐洲粉末冶金協(xié)會(huì)的倡議,，金屬增材制造與傳統(tǒng)的粉末冶金技術(shù)不是誰(shuí)強(qiáng)誰(shuí)弱的問(wèn)題,，而是互為補(bǔ)充，是優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,，協(xié)同發(fā)展的趨勢(shì),。金屬增材制造有它的優(yōu)勢(shì)，適合幾公斤的小型或中型零件,，而熱等靜壓可以制造幾百公斤的大型近終形零件,，相信兩者的技術(shù)結(jié)合將達(dá)到“1+1＞2”的效果。

我們也相信在各行業(yè)的共同努力下,，通過(guò)材料的融合,、工藝的結(jié)合以及應(yīng)用組合、聯(lián)盟合作的方式,，突破增材制造新技術(shù)以及抓住當(dāng)前增材制造發(fā)展新機(jī)遇,，共創(chuàng)粉末冶金、增材制造協(xié)同發(fā)展的新局面,。

謝謝大家，我的報(bào)告到此結(jié)束,。