【专访】曾克里：打破金属3D打印粉末90%进口的局面
“从1980年运-10飞上天到今年C919成功首飞，中断了37年的中国大飞机梦终于实现了！”在《3D打印世界》采访广东省材料与加工研究所（以下简称“广东省材料与加工研究所”）曾克里副所长的期间，举国上下都沉浸在大型客机C919成功首飞带来的喜悦与自豪的氛围中，国产大飞机失落的这37年正好契合了曾克里进入中南大学接触粉末冶金开始，延续到今天从未间断的粉末研究生涯。
在37年里，曾克里曾投身于航空发动机用热喷涂材料研究，并以更优的质量将当年俄罗斯人的傲慢垄断拒在北门之外，这些经历使曾克里一直信奉“只要用心，在技术上一定可以做到国产化”，今天C919的成功试飞也更加验证了这一点。而面对我国90%的金属3D打印粉末来源于进口的局面，曾克里依旧相信，国产化我们能行！
成事在人 顺利打响第一单
广东省材料与加工研究所是国内能批量供应3D打印镍基粉末的单位之一，而在前几年，不单是金属粉末专家曾克里，对整个国内的粉末行业来说，研制专用于3D打印的金属粉末都是一个陌生的领域。2015年，曾克里得知其师兄所在的某快速制造科技有限责任公司在国内寻找一批用于3D打印的金属粉末，但国内制粉商要么响应不积极，要么质量不过关，始终无果，对3D打印还不甚了解的曾克里仔细查找资料后立刻察觉这是一个很重要的发展趋势，当即拍板接下这个单子。
这个决定不是空穴来风，除却几十年自身积累的“内功”，曾克里还有一个有利的条件——2014年在工信部一个项目的支持下，广东省材料与加工研究所投资建设了当时国产高水平的200kg级的真空雾化设备，用于制作镍基、钴基等高端涂层材料。
往往看似天时地利人和的事情做起来却会出现很多不可预料的意外。
首先是设备刚调试完非常不稳定，刚做完第一批粉末，设备就出现了问题，曾克里回忆道，“如果等着设备供应商派人来修最快也是三天之后，等他们修好可能十天半个月就过去了，交货时间根本耽搁不起”。当时在所有人觉得这个项目不可能完成的情况下，作为项目领导人的曾克里却顶着压力依旧坚持要做，并且还要如期保质保量交货，最终在他的坚持下，研究所依靠自己的力量将设备维修好。
接下来该和时间赛跑了，却遇上了堪比春运的十一国庆节。为了在时间节点完成任务，位于华东的客户一边打印一边在等着广州分批送过去的金属粉末，“那时候货运都停了，我们白天将材料做好，晚上送上大巴车，早上到华东之后要那边相熟的朋友去接车，然后亲自送到客户手里”。回忆起那段大家一起拼搏的岁月，曾克里印象最深的是包括自己在内的研究所里的技术人员工人们两天三夜没合眼地维护着设备的稳定和生产的正常。
“在处理科研的过程中，需要大家齐心协力，各方紧密配合才能将事情做好”，曾克里这么多年搞科研项目得出来的结论又一次得到了验证。
最终，客户的第一单420公斤金属粉末的订单，在曾克里的领导下，第一次实际接触3D打印的广东省材料与加工研究所克服重重困难，花了大概一个月的时间圆满完成了任务，虽然一个月420公斤金属粉末的生产能力在客户看来还存在一定的差距，但是粉末的质量却得到了极大的肯定。“420公斤的粉末我们分6批送到客户，每批都复验，6批的检测结果显示，粉末的粒度范围控制得相当好，平均粒度相差不到一个微米，这是相当不容易的。”得到客户满意的反馈，曾克里更加有信心将3D打印金属粉末做下去了。
420公斤的金属粉末对广东省材料与加工研究所来说这是一个极具历史意义的订单，首先是对大批量3D打印金属粉末供货能力的考验，同时在这一次与客户的相互沟通过程中，将3D打印粉末的技术规范定下来了，为后续广东省材料与加工研究所越发成熟的3D打印制粉技术打下了坚实的基础。
国产粉末质量不输进口，为何受制？
目前我国3D打印用金属粉末90%来源于进口，是国产粉末的质量不如进口吗？深谙粉末技术之道的曾克里却并不这么认为。
据他研究，金属粉末的打印质量并不是由多数粉末厂商主打的球形度决定的。目前的主流3D打印技术多以激光或电子束为能量，在高能束将金属粉末熔化的瞬间也会产生气化，球形度并非越好打印的质量就越好，“这一点我们在研究进口设备随机配套的粉末得到了验证，他们的粉末是气雾化生产的，但是打印效果却很好。”吃透了影响3D打印质量的关键点，曾克里肯定，在制粉技术上我们不存在问题，我们的粉末质量丝毫不亚于进口粉末。
那么国产粉末的问题出在哪里？
曾克里认为，首先，与国外已经成熟的产业链相比，我国最关键的原因是还没有一个成规模的厂家专门做3D打印金属粉末；其次，没有稳定的订单量，只有生产量稳定之后，产品才能稳定，才有可能形成一些产品标准。目前国内的一些3D打印金属粉末厂家多数都是用单套设备兼做多种粉末，这样容易造成交叉污染，严重影响粉末的质量。
“所以我们希望成为一个稳定的、系列化专业3D打印金属粉末的供应商，做成一定的规模后才能获得更多的订单”，曾克里表示。
为了达到这个目标，目前广东省材料与加工研究所进口了一台乌克兰的旋转电极雾化设备（PREP），在已有的钴基、镍基为主的基础上增加钛合金粉末。这台乌克兰的设备电极旋转速度达25000转/分，是什么样的水平呢？曾克里表示国内大部分电极旋转在18000转，25000转可以让粉末的粒度达到较为理想的状态，提高3D打印粉末的成粉率。另外，已从加拿大进口一台射频等离子球化设备。研究所已迈出了第一步，初步建成了齐全的试验设备，将金属粉末的种类系列化。
而下一步就是完成产业化的目标。2015年6月28日，新的广东省科学院成立，各个研究所获得了更大的自主经营权，其任务就是将技术进行成果转化，更好地服务于广东省各个产业。
因此，广东省材料与加工研究所已经在筹备成立公司，将产品推向市场真正实践习近平总书记的期望——“将论文写在祖国的大地上”。
据了解，广东的一家3D打印设备的制造公司也作为公司的重要股东，参与进来。
目前产业投资、政府基金、金融投资都已到位，万事具备，但曾克里依旧持谨慎态度，“对金属3D打印仍然需要有耐心，我们已经做好准备在等待它的爆发点”。
金属3D打印发展趋势
“金属3D打印未来的发展前景很大”，这一点在曾克里看来是毋庸置疑的，他将目前的3D打印分为以下几种：
一、外观件或缩比展示件，仅具有展示功能，不具备实际运行功能；
二、非承力件，例如仿古的酒樽和金属首饰，能用但不承力；
三、弱承力件，例如医疗上应用的金属植入物，医疗夹板等；
四、次承力件，指承受力量不是特别大，但又承力的部件。例如塑料模具、铝合金压铸模。另外在飞机上使用的3D打印舱门、座椅，不属于飞机最关键的受力部位；
五、主承力件，又分为两种定义：a、在使用过程中承受的力量特别大，例如飞机的起落架；b、在使用过程中不管承力大小都非常关键的部件，例如飞机发动机中全部的部件都属于主承力件，也叫做关键部位件。
前四种类型的件金属3D打印目前都已进入实质性的使用阶段，而主承力件在我国基本还处于验证阶段。金属3D打印要想铺向更广的应用，曾克里从技术的角度提出了几个解决方案。
首先，强度问题，目前3D打印的强度处于铸件和锻件之间，如果3D打印的强度超过锻件，用途就会大大推广，现在通过热等静压（HIP）等热处理技术已经可以使3D打印件的强度超过锻件的水平；
其次，材料成本，目前3D打印专用的粉末需要做成球形，又要有一定的粒度分布范围，从目前来看，生产成本很高，例如，目前不锈钢粉额售价为二十万/吨以上。广东省材料与加工研究所正在试验一种新型的金属3D打印技术，可以使用更廉价的金属粉末来进行3D打印。曾克里透露，“受到陶瓷3D打印的启发，我们开发了一种先将细粉和高分子结合在一起，用一种类似注射成型的方法将部件打印出来，然后再烧结的方法也能打印出金属部件。”
目前广东省材料与加工研究所正在和深圳一家高分子材料公司合作研发这种新方法，不仅能降低3D打印的成本，而且通过烧结，打印出来的部件无粉末残留。曾克里举了一个很实际的例子，目前人体植入的钛合金部件往往是多孔的，里面的残留粉末很难去除，如果植入人的脑颅内，一旦粉末掉出来，造成的后果会非常严重，因此，曾克里认为这种新的金属3D打印技术有一定的市场需求。
中国金属3D打印的发展的关键在于实现材料的自给自足。广东省材料与加工研究所拥有强大的研发力量作为坚强的后盾，政府政策的支持又为其提供了一个非常好的产业化的平台，而作为研究所3D打印金属粉末技术的带头人，拥有着三十多年粉末研究经历的曾克里对技术敏锐洞悉、对目标坚定推进、对团队团结凝聚，最重要的是他对中国国产化的能力始终充满着信心，这种乐观的态度正是我们实现目标的最大的动力之源。
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