鈦合金再生粉3D打印抗拉強度高達1500兆帕，思銳已實現(xiàn)量產,，TC4價格低至300元/kg

南極熊導讀：鈦合金粗粉廢料回收再制粉，3D打印抗拉強度高達1500兆帕，國內廠商思銳增材已實現(xiàn)量產，TC4價格低至300元/kg,。

自上世紀50年代以來，鈦合金因其戰(zhàn)略金屬的地位與優(yōu)異的性能,，主要應用于航空,、軍工、醫(yī)療等高端領域,，鈦合金的“貴族”形象一直深入人心,。在2000年初，鈦合金曾一度用作ThinkPad電腦,、徠卡相機等數(shù)碼產品的外殼,。直至近兩年，鈦合金開始大量出現(xiàn)在消費電子產品上,，例如Apple Watch Ultra、iPhone 15 Pro,、HUAWEI WATCH 4 Pro等,。2023年7月，在榮耀發(fā)布的折疊屏手機Magic V2中,，甚至直接采用了3D打印的鈦合金鉸鏈軸蓋,，從而減小了折疊屏整體厚度和重量。

當前,，鈦合金在金屬3D打印市場占比高達30%,，每年消耗的3D打印用鈦合金粉超過1000噸。常規(guī)3D打印用鈦合金制粉工藝主要是EIGA,、PA,、PREP三種，除此以外也存在一些特殊工藝,，如PIGA,、PS、VIGA-CC等。無論哪種工藝都無一例外帶來了大量的,、難以重熔回收的鈦合金粗粉廢料,，使用最多的EIGA工藝，不符合3D打印使用的副產物廢料甚至占通粉的50%以上,。

相比3D打印增材技術,，CNC數(shù)控機加工等減材技術所產生的車削、銑削等碎屑廢料體量更加龐大,，比例可能超過90%,。通常，體積大的鈦合金邊料或失敗制件,，可以通過傳統(tǒng)的VAR重熔方法回收,。但是，鈦合金CNC碎屑就必須要額外處理氧化皮與油污,，以減少雜質引入,，而粗粉廢料則須先加溫加壓預制成坯，才可以重熔回收,，否則會因粗粉表面活性較高,，造成重熔飛濺爆炸事故。

△原生—再生鈦合金粉關系圖

鑒于此,，全球已有多家公司推出,，免VAR重熔的方案，將鈦合金廢料直接轉化成3D打印用鈦合金粉的設備和工藝,。鈦合金3D打印技術目前很可能會在3C消費電子行業(yè)的推動和影響下,，朝著一個體系更完整、可持續(xù),、低成本,、綠色低碳環(huán)保、循環(huán)金屬制造的方向發(fā)展,。

FSD循環(huán)再生制粉技術
2023年9月,，南極熊在亞洲3D打印、增材制造展覽會,，專訪了來自深圳市的低碳再生鈦粉開發(fā)商3R Additive思銳增材,。3R思銳團隊今年成功開發(fā)出FSD循環(huán)再生制粉技術，使用粗粉廢料直接制備出滿足3D打印使用的鈦合金粉,，并完成了每月噸級的量產建設,。如圖所示，F(xiàn)SD循環(huán)再生制粉技術須經(jīng)過三個特殊優(yōu)化設計的加工工序：破碎—球化—脫氧,。

△FSD循環(huán)再生制粉工藝流程

再生鈦粉性能優(yōu)異

3R思銳總經(jīng)理徐鵬博士表示：采用FSD技術回收粗粉生產15-45μm粒徑的再生鈦粉“Regenepowder”,，收得率大于80%,，振實密度可達2.95g/cm3，霍爾流速低于38g/50s,，3D打印態(tài)試棒室溫塑性不小于5%,，抗拉強度高達1500兆帕，比EIGA原生鈦合金粉還高出兩三百兆帕,，3D打印良品率超過95%,。如果客戶需要強塑性均衡的3D打印產品，只需與EIGA原生鈦合金粉進行合批,，便可以獲得滿足ELI標準的鈦合金粉材,，或添加微量稀土元素也可以實現(xiàn)強塑性均衡的調控。

△再生TC4粉檢測報告

△再生TC4粉3D打印態(tài)試棒室溫拉伸性能

3R思銳在TCT期間,，展示了很多采用“Regenepowder”再生鈦粉的3D打印制件,，不論是具有復雜內流道的航空發(fā)動機葉片盤、還是多孔拓撲結構以及外觀結構性測試件,，幾乎無法分辨這些制件到底是使用了循環(huán)再生還是原生鈦粉,。

△采用再生TC4粉3D打印口腔支架

△采用再生TC4粉3D打印航發(fā)部件

技術突破，得到資金和市場青睞

△思銳增材部分團隊成員

3R思銳董事長嚴明博士講道：2015年以來,，我們一直潛心專研多角鈦粉的球化,，19年首次證實了多角鈦粉可經(jīng)機械球磨實現(xiàn)0.85以上的球化整形，并揭示遺傳細晶強化現(xiàn)象與原理,。22年,，又成功開發(fā)出鈦合金粉CPS冷球化工藝、半固態(tài)輔料及配套裝置,，冷加工艙內腔的莫氏硬度更是高達9.5,，僅次于鉆石，幾乎不會引入任何雜質,。23年,，我們完成了整個FSD循環(huán)再生制粉技術的研發(fā)和量產建設，再生鈦粉的成本也下降了一半以上,。為此，3R思銳研發(fā)團隊小試和中試累計超過300多輪,，核心關鍵技術是經(jīng)歷了大量的測試分析才實現(xiàn)突破,。

△采用再生TC4粉3D打印多孔拓撲結構

3R思銳公司現(xiàn)已獲得1300萬政府項目和500萬天使基金投資（力合科創(chuàng)），正計劃在中國內陸擴建二期,，希望在24年再開設一個年產能達到200噸,、采用綠電進行鈦合金粗粉廢料回收制粉的現(xiàn)代化工廠。目前,，這種“Regenepowder”再生TC4鈦合金粉的公開市場售價已經(jīng)低至每公斤300元（按照大批量階梯定價）,。而該團隊相信,，在完成工廠現(xiàn)代化建設后，“Regenepowder”市場售價有望進一步下探至200元每公斤,。這將會把鈦合金材料的戰(zhàn)略價值在制造業(yè)中更大地發(fā)揮出來,，讓更多的領域可以獲益于鈦的優(yōu)異特性。3R思銳當前也在積極尋求更匹配的合作伙伴,，欲加速推動鈦合金粗粉廢料回收制粉的產業(yè)化進程,。

△采用再生TC4粉3D打印壓氣機葉盤

△采用再生TC4粉3D打印發(fā)射器底座

其實，市場近些年也逐漸意識到了3D打印先進制造與循環(huán)金屬綠色制造更容易建立聯(lián)系,。尤其是,，3C消費電子行業(yè)對降低碳排放的急迫需求，以及低成本化能夠帶來的巨大經(jīng)濟效益,。因而催生了這個新產業(yè)的發(fā)展——將金屬廢料轉化成可3D打印的金屬粉,，特別是高價值的材料。

3D打印用金屬粉回收再利用,，國外已經(jīng)備受重視

國內除了3R思銳,，其它極少聽聞過有類似回收再利用廢料制備3D打印用金屬粉的工藝和相關企業(yè)。 但南極熊注意到,，國外已經(jīng)有非常成熟的企業(yè)出現(xiàn)：

1,、美國6K Additive開發(fā)了一種微波等離子制粉系統(tǒng)UniMelt，可回收CNC碎屑廢料,、打印支撐和報廢制件,，僅僅用很少的氣體與能源，通過微波控制霧化過程的電磁場,，制備近乎完美的球形粉,，收得率高達90-95％。2022年5月獲得了1.5億美金D輪融資,。

2,、美國MolyWorks子公司Continuum，基于240千瓦的等離子體火炬和水平氬氣霧化工藝,，開發(fā)了緊湊型Greyhound移動方艙,，可在金屬廢料的產生地，比如戰(zhàn)場現(xiàn)場回收用過的彈殼,、損毀的裝甲,、武器輜重等，并轉化為優(yōu)質的金屬粉“Optipowder”,。22年11月通過私募股權融資籌集3600萬美元,。

3、美國IperionX基于氫氣輔助鎂熱還原法HAMR,，將用過的鈦粉或廢料在閉環(huán)中連續(xù)進行氫化研磨—噴霧造�,！�脫脂燒結—金屬脫氧工序,，生產出低成本、低碳環(huán)保的球形鈦合金粉,。2022年5月于美國納斯達克上市,，股票代碼IPX，市值超18億美元,。

4,、波蘭AMAZEMET推出了基于超聲波霧化金屬粉末制備技術的Repowder設備系統(tǒng)，使用高強度超聲波振動來噴射熔融金屬,，形成微小液滴,，然后凝固形成球形金屬粉，可使任何材料在無預先準備的情況下熔化并霧化,，包括失敗制件,、條狀廢料、線材,、棒材,、粗粉等。瑞士EMPA研究所已基于Repowder系統(tǒng),，開展金屬3D打印廢件回收研究,。

△視頻：南極熊專訪思銳增材