金属微粉制备技术：机遇与挑战
The opportunities and challenges of preparation technology of spherical metal powder
增材制造材料技术团队
3D打印 (也称“增材制造”) 技术是利用计算机将三维模型“切片”成平面加工图案，再采用加工设备以逐层堆积的方式直接制造三维物理实体的方法。3D打印技术可以在一台设备上快速精密地制造出任意复杂形状和结构的零部件，优化了加工流程，缩短了制造周期短，节省了材料，解放了加工技术对设计者的限制。3D打印技术与信息技术的深度融合，以互联网+的形式，对传统制造业带来变革性影响。可实现全民设计、分布式化制造和个性化消费。3D打印作为一项前瞻性、战略性技术，目前已经在航空航天、汽车、模具以及生物医疗和文化创意等领域崭头露角，市场规模也在逐年壮大。
世界各国正在不断加强 3D打印技术的研发及应用，美国、欧盟、日本、澳大利亚以及新加坡等国都成立了专门的3D打印研发机构。美国从战略的高度将“3D打印技术”和“信息技术”视为解决其制造业空心化问题以及实现“再工业化”国策的技术基础，《时代》周刊甚至将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”；欧洲航天局2013年公布了“将3D打印带入金属时代”的计划，旨在为宇宙飞船、飞机和聚变项目制造零部件；德国将“选择性激光烧结/熔融”列入“德国光子学研究”重要研究内容；英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”，认为该技术改变未来生产与生活模式，实现社会化制造；澳大利亚在2013年制定了金属 3D打印技术路线，并成立了“中澳轻金属联合研究中心（3D打印）”。
在此背景下，我国于2012年成立了“中国3D打印技术产业联盟”，国家工信部、发展改革委、财政部联合印发了《国家3D打印产业发展推进计划（2015-2016年）》，旨在落实国务院关于发展战略性新兴产业的决策部署，抢抓新一轮科技革命和产业变革的重大机遇，加快推进我国3D打印产业健康有序发展；2013年科技型中小企业技术创新基金项目指南将3D 打印列为重点支持技术方向；2014年国家工业和信息化部在“高档数控机床与基础制造装备”重大专项的课题申报指南中安排了多个3D打印项目。
此外，各地方政府也采取一系列措施推进3D产业发展。陕西省成立“陕西3D打印研究院”，并与西安交通大学共享快速制造国家工程研究中心；江苏省发布《江苏省三维打印技术发展及产业化推进方案》，组建3D打印技术创新联盟，并成立了中国首个3D打印技术产业创新中心；广东省印发“加快广东省3D打印技术和应用产业发展实施方案的通知”；北京市提出《促进北京市3D打印科技创新与产业培育的工作意见》；山东省组建了3D打印研发产业园；四川省制定《四川省3D打印产业发展路线图（2014-2023）》，并筹建3D打印创新中心；浙江省已将3D打印列为工业投资的基础工艺技术重点领域，成立省3D打印技术产业联盟并出台三维打印技术研究计划（2013－2015年），并组建了杭州市3D打印展示中心。
我国在3D打印成型设备研制上，与国外并无代差。特别是近年来随着我国在高档数控机床和电子信息产品等领域取得长足进步，西安交通大学、 华中科技大学、 清华大学、 北京隆源公司和湖南华署高科公司等在3D打印设备研发和产业化方面获得了重大进展。但受到3D打印技术应用时间尚短以及3D打印材料，特别是金属材料，研发门槛较高，世界范围内还未形成统一的3D打印材料标准。各设备厂商都是设备与材料捆绑销售，厂商彼此之间打印材料通用性较差，导致产品的材料成本较高，限制了3D打印技术的推广与应用。从某种意义上说，3D打印最关键的不是机械制造，而是材料研发。发达国家也意识到了材料在发展3D打印产业过程中的重要性，美国专门出台了《材料基因组计划》以适应 3D打印技术对材料的要求，成立关键材料创新中心、国家增材制造创新研究所来推动材料与3D打印技术的融合发展。
正如李克强总理所言，我国钢铁产量世界第一，但却生产不了圆珠笔用的“圆珠”。国内在3D打印用球形金属微粉制备设备研发、工艺技术积累以及基础理论研究方面，与发达国家相比更是存在不小的差距。目前我国在细粉收得率、粉体球形度、氧含量、粉末粒径分布以及气粉效费比等关键指标上还不能完全满足3D打印用耗材的要求，导致成型件氧化物夹杂含量高、致密性差、强度低、结构不均匀等问题。
中国科学院宁波材料所紧密结合国家中长期科技发展战略和需求，瞄准国内外增材制造专用高性能材料的前沿课题，充分发挥浙江省在制造业方面的产业集群优势，解决我国增材制造专用材料的关键问题，申请成立了浙江省3D打印材料技术重点实验室。实验室以依托单位内外不同材料技术领域协同创新为基础，充分进行资源整合，学科融合、渗透和交叉，并着力于体制创新，从而实现优势互补，汇聚人才，将实验室建成国内外知名、具有原始创新能力的增材制造材料研究基地，产学研一体化的高层次、专业型人才培养基地。针对3D打印球形微粉的研发，实验室专门布局了真空气雾化制备球形微粉研究、射频等离子球化金属微粉研究、3D打印粉末/打印工艺及打印件结构和性能关联性研究、3D打印件性能检测与通用标准研究等方向。结合“走出去”战略，在当地政府支持下，通过与相关研究机构及生产企业形成上下游合作，逐步形成“材料-制造-装备-应用”协同发展的全产业链发展模式，力争在降低3D打印材料成本、扩大3D打印材料规模、带动3D打印产业的整体发展等方面做出贡献。
