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　　(一)高性能3D打印用金屬粉末材料

　　本項(xiàng)目旨在引入機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心自主研究開發(fā)、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的微細(xì)金屬粉末和新型合金粉末制造技術(shù)，本項(xiàng)目完成后將形成批量生產(chǎn)微細(xì)金屬粉末和開發(fā)新型合金粉末的能力，以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)并且要求愈來(lái)愈苛刻的市場(chǎng)需求。而且我國(guó)目前有上千家的粉末冶金企業(yè)，除幾家引進(jìn)生產(chǎn)線外，制粉工藝均比較落后。該項(xiàng)技術(shù)的突破對(duì)于提升企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)我國(guó)關(guān)鍵材料的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用，將會(huì)對(duì)行業(yè)產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　金屬粉體高效氣霧化成套生產(chǎn)技術(shù)裝備的開發(fā)成功，將為各類高溫微細(xì)球形粉體材料的制備提供一條有效的技術(shù)途徑，同時(shí)使我國(guó)在氣霧化快速凝固材料制備技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域均達(dá)到世界先進(jìn)水平，極大地提高我國(guó)在這一領(lǐng)域中的地位，并有可能將這種擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)及相關(guān)設(shè)備推入國(guó)際市場(chǎng)。

　　本項(xiàng)目的主要成果是建立起國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的200kg、500kg級(jí)高溫高活性金屬粉體高效氣霧化成套生產(chǎn)技術(shù)裝備，利用該技術(shù)裝備制備的細(xì)粉具有產(chǎn)出率高、雜質(zhì)含量較低的特點(diǎn)，能夠滿足3D打印金屬制品、航空航天用粉末冶金制品、高純凈粉末冶金靶材、金屬注射成型、金剛石合成及工具等領(lǐng)域用各類高端金屬粉體的需求。其大批量生產(chǎn)和應(yīng)用，將帶動(dòng)相關(guān)金屬粉末材料及其制品產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有重大的戰(zhàn)略意義，可使國(guó)產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品的品質(zhì)大幅度提高，緩解進(jìn)口原材料帶來(lái)的高生產(chǎn)成本的壓力，同時(shí)有利于其性能/價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

　　霧化制粉技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

　　(1)先進(jìn)的霧化制粉技術(shù)保證Type3型合金焊粉的一次收粉率在大于50%之間，有效降低生產(chǎn)成本;

　　(2)為控制球形合金焊粉化學(xué)成分和氧含量，本工藝技術(shù)采用惰性氣體保護(hù)下熔煉和霧化技術(shù)，所有與粉體接觸的設(shè)備和管道均用不銹鋼制造。產(chǎn)品采用惰性氣體充氣包裝;

　　(3)采用惰性氣體循環(huán)使用的技術(shù)，大大降低生產(chǎn)成本;

　　(4)獨(dú)有的篩分技術(shù)可有效控制產(chǎn)品的上限和下限粒度范圍;

　　(5)主要生產(chǎn)過程包括合金熔煉、霧化制粉、粉體冷卻、粒度分級(jí)和粉體包裝聯(lián)為一體，形成全封閉自動(dòng)控制的一體化生產(chǎn)系統(tǒng)，工藝流程短，無(wú)環(huán)境污染。

　　(二)激光熔覆技術(shù)再制造生產(chǎn)線

　　激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。

　　激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。

　　與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)，因此激光熔覆技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。

　　從當(dāng)前激光熔覆的應(yīng)用情況來(lái)看，其主要應(yīng)用于三個(gè)方面:①對(duì)材料的表面改性，如燃汽輪機(jī)葉片，軋輥，齒輪等;②對(duì)產(chǎn)品的表面修復(fù)，如轉(zhuǎn)子，模具等。有關(guān)資料表明，修復(fù)后的部件強(qiáng)度可達(dá)到原強(qiáng)度的90%以上，其修復(fù)費(fèi)用不到重置價(jià)格的1/5，更重要的是縮短了維修時(shí)間，解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備連續(xù)可靠運(yùn)行所必須解決的轉(zhuǎn)動(dòng)部件快速搶修難題。另外，對(duì)關(guān)鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命;對(duì)模具表面進(jìn)行激光熔覆處理，不僅提高模具強(qiáng)度，還可以降低2/3的制造成本，縮短4/5的制造周期。③快速原型制造。利用金屬粉末的逐層燒結(jié)疊加，快速制造出模型。

　　激光熔覆技術(shù)是20世紀(jì)70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化，光束移開后自激冷卻形成稀釋率極低，與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強(qiáng)化方法[.如對(duì)60#鋼進(jìn)行碳鎢激光熔覆后，硬度高達(dá)2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者。

　　激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)效益很高的新技術(shù)，它可以在廉價(jià)金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本，節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此，世界上各工業(yè)先進(jìn)國(guó)家對(duì)激光熔覆技術(shù)的研究及應(yīng)用都非常重視。

　　激光熔覆技術(shù)以其具備的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)使其在材料表面改性、零件修復(fù)、制備梯度功能材料以及零件的直接成形等方面顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。可在廉價(jià)、易加工的基體材料表面有選擇地制備高性能的熔覆層，并實(shí)現(xiàn)局部精密熔覆及修復(fù)，后續(xù)加工少。并且加工柔性好，可方便地對(duì)溝槽、孔壁等常規(guī)方法難以加工的部位進(jìn)行激光熔覆。

　　增材制造激光熔覆項(xiàng)目分三個(gè)方向，耐磨備件修復(fù)、耐腐蝕備件修復(fù)、內(nèi)孔修復(fù)，目前耐磨備件修復(fù)已實(shí)現(xiàn)，主要為冶金行業(yè)，耐腐蝕備件修復(fù)、內(nèi)控修復(fù)兩方面正在進(jìn)行，主要為煤機(jī)行業(yè)液壓支柱生產(chǎn)、再制造。

　　(三)3D打印生產(chǎn)平臺(tái)

　　3D打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬等材料，通過逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。具有快速成形、易加工復(fù)雜形狀零件、可制造個(gè)性化、定制化產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)，解決了難加工材料制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形問題，從而大大提高了生產(chǎn)效率、降低了能源和原材料損耗。

　　3D打印技術(shù)在我國(guó)還處于發(fā)展初期，產(chǎn)業(yè)體量相對(duì)較小。同時(shí)，中國(guó)制造業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)3D打印技術(shù)的認(rèn)識(shí)還存在很多不足。從實(shí)際發(fā)展情況來(lái)看，截至目前3D打印并沒有實(shí)現(xiàn)成熟的產(chǎn)業(yè)化，從設(shè)備到產(chǎn)品再到服務(wù)仍停留在“高級(jí)玩具”階段。但是，國(guó)內(nèi)從政府到企業(yè)，普遍認(rèn)可3D打印技術(shù)的發(fā)展前景，政府和社會(huì)普遍關(guān)注未來(lái)3D打印技術(shù)將對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、制造模式等造成的影響。

　　根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，目前，我國(guó)對(duì)3D打印技術(shù)的需求并非集中在設(shè)備上，而是體現(xiàn)在對(duì)3D打印用耗材種類多樣性和對(duì)代理加工服務(wù)的需求上。工業(yè)客戶是我國(guó)采購(gòu)3D打印設(shè)備的主力軍，他們所購(gòu)買的設(shè)備主要用于航空、航天、電子產(chǎn)品、交通工具、設(shè)計(jì)、醫(yī)療、文化創(chuàng)意等行業(yè)。目前，3D打印機(jī)在中國(guó)企業(yè)的裝機(jī)量約500臺(tái)，年增速為60%左右。即使這樣，目前的市場(chǎng)規(guī)模也僅為1億元/年左右。而3D打印用材料的研發(fā)和生產(chǎn)潛在需求規(guī)模已近10億元/年，隨著設(shè)備工藝的普及和進(jìn)步，規(guī)模還將迅速增長(zhǎng);同時(shí)3D打印相關(guān)委托加工服務(wù)非常火爆，多家代理3D打印設(shè)備的公司對(duì)激光燒結(jié)工藝和設(shè)備應(yīng)用已非常成熟，可對(duì)外進(jìn)行加工服務(wù)，由于單臺(tái)設(shè)備價(jià)格一般在500萬(wàn)元以上，市場(chǎng)接受度不高，但代理加工服務(wù)卻非常火爆。

　　發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以在提升我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平的同時(shí)有助于攻克技術(shù)難關(guān)，并且易形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)就業(yè)。當(dāng)前，全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮。發(fā)達(dá)國(guó)家面對(duì)近年來(lái)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的下降，大力倡導(dǎo)“再工業(yè)化、再制造化”戰(zhàn)略，提出智能機(jī)器人、人工智能、3D打印是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)，并希望通過這三大數(shù)字化制造技術(shù)的突破，鞏固和提升制造業(yè)的主導(dǎo)權(quán)，加快3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)由“工業(yè)大國(guó)”向“工業(yè)強(qiáng)國(guó)”的轉(zhuǎn)變。

　　發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以提升我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平，提高工業(yè)設(shè)計(jì)能力傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)方法，往往是先開磨具，然后再做出樣品，而運(yùn)用3D打印技術(shù)，無(wú)需開磨具，可以把制造時(shí)間降低為以前的1/10到1/5，費(fèi)用降低到1/3以下。一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，無(wú)論其結(jié)構(gòu)和工藝多么復(fù)雜，均可利用3D打印技術(shù)，短時(shí)間內(nèi)制造出來(lái)，從而極大地促進(jìn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效克服我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)能力薄弱的問題。

　　發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以生產(chǎn)出復(fù)雜、特殊、個(gè)性化產(chǎn)品，有助于攻克技術(shù)難關(guān)3D打印可以為基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)的研究提供重要的技術(shù)支持。在航天、航空、大型武器等裝備制造業(yè)，零部件種類多、性能要求高，需要進(jìn)行反復(fù)測(cè)試。運(yùn)用3D打印，除了在研制速度上具有優(yōu)勢(shì)外，還可以直接加工出特殊、復(fù)雜的形狀，簡(jiǎn)化裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，化解技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性能的趕超。

　　3D打印一期項(xiàng)目購(gòu)置1臺(tái)EOSM290金屬3D打印機(jī)，二期項(xiàng)目新增9臺(tái)，達(dá)到10臺(tái)金屬3D打印機(jī)的規(guī)模，已經(jīng)于2018年5月底投產(chǎn)，成為國(guó)內(nèi)擁有先進(jìn)設(shè)備規(guī)模的大公司。公司目前合作的主要客戶有西安鉑力特、北京鑫精合、上海禹秩等公司，產(chǎn)品以航空航天零件、注塑模具、汽車零件及個(gè)性化定制產(chǎn)品為主。

　　經(jīng)了解，金屬3D打印在軍工行業(yè)應(yīng)用廣泛，前景廣闊，針對(duì)3D打印民用產(chǎn)品轉(zhuǎn)軍工用計(jì)劃，已與航天三院、54所等相關(guān)單位達(dá)成戰(zhàn)略合作意向，由現(xiàn)行的產(chǎn)品合作逐漸拓展合作領(lǐng)域，我公司可依據(jù)軍工裝備性能要求并借助金屬材料獨(dú)家生產(chǎn)研發(fā)優(yōu)勢(shì)建立軍工產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)線切實(shí)做好保密安全工作。

　　(四)高性能粉末先進(jìn)成形產(chǎn)品

　　高速鋼一般采用傳統(tǒng)的鑄錠-鍛軋工藝生產(chǎn)。因鑄錠的尺寸大，合金元素含量高，加上其冷卻速率緩慢等緣故，凝固時(shí)會(huì)出現(xiàn)粗大的萊氏體和碳化物的偏析組織，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害鋼的各種性能。為了改善其粗大組織和提高其熱加工性能，人們采用了孕育處理、低溫澆注等工藝，雖然一定程度上有了提高，但是不能從根本上解決硬而脆的一次碳化物的偏析問題。

　　增材制造的粉末高速鋼是通過把高速鋼微細(xì)粉末用特殊方法成形并燒結(jié)而制成的高速鋼材制品叫做“粉末高速鋼”。粉末先進(jìn)成形產(chǎn)品(粉末高速工具鋼、粉末冶金高溫合金、軸承鋼、高端齒輪鋼等)是一種獨(dú)具特色的新品種，與傳統(tǒng)鑄鍛高速鋼相比，它采用了快速凝固技術(shù)，可以從根本上解決粗大碳化物偏析等問題。無(wú)論鋼材制品形狀與尺寸大小如何，都具有無(wú)偏析、晶粒細(xì)小、夾雜物含量少、組織均勻等顯微組織特點(diǎn)，特別是形成的碳化物顆粒彌散細(xì)小，因此高速鋼的硬度、韌性以及抗彎強(qiáng)度等性能均得到了明顯的提高。此外，粉末冶金方法可以使鋼中的合金元素含量大大增加，這在傳統(tǒng)的鑄錠煉鋼工藝是做不到的粉末先進(jìn)成形產(chǎn)品(粉末高速工具鋼、粉末冶金高溫合金、軸承鋼、高端齒輪鋼等)組織均勻，晶粒細(xì)小，其碳化物分布均為1級(jí)，碳化物晶粒尺寸在2~3μm以下。比相同成分的熔鑄高速鋼具有更高的抗彎強(qiáng)度、韌性和耐磨性，一般能高出20% ~ 50%。同時(shí)還具有熱處理變形小、鍛軋性能和磨削性能良好等優(yōu)點(diǎn)。粉末高速鋼中的碳化物含量大大超過熔鑄高速鋼的允許范圍，使硬度提高到 67HRC 以上，從而使耐磨性能得到進(jìn)一步提高。如果采用燒結(jié)致密或粉末鍛造等方法直接制成外形尺寸接近成品的刀具、模具或零件的坯件，更可取得省工、省料和降低生產(chǎn)成本的效果。