价格2000元每公斤，射频等离子体短流程制备微细球形钛粉

本文导读：文深度介绍，利用射频等离子体实现段流程制备工艺，在最新第四代设备，细粉率可以在99%以上，平均力度在21个微米，压含量小于0.1%，价格仅有2000元每公斤，价格比同质量产品成本减少40%，性能杂质含量较适用水平低30%以上。

2018年11月27-28日，2018增材制造全球创新大赛在北京丰台举行，南极熊发现了不少非常好的3D打印项目。例如芦博昕团队——射频等离子体短流程制备微细球形钛粉。
下面是现场速记，南极熊希望可以很好还原其项目路演过程。

射频等离子体短流程制备微细球形钛粉

——芦博昕

项目背景
说起3D打钛合金大家都听说过，将球形钛粉逐层堆积，利用激光进行烧结，最终得到复杂形状钛合金零部件，目前已经应用在航空航天、汽车建材、生物医疗等领域，避免了难加工问题、节约生产时间、节约生产成本，现在在民用领域难以得到广泛应用，主要原因在于原料粉末球形钛粉。

球形钛粉存在的问题就是问题特点，首先是粉末粒度偏粗，由于3D打印钛合金采用逐层铺粉进行打印，每铺一层粉末烧结一次，铺粉层的厚度决定了打印精度。

铺粉层厚度主要是由粉末力度决定的，目前市售粉末在50微米以上，很难做到50微米以下，所以就造成了打印精度严重不足，其次杂质含量偏高，钛合金性能比较活泼，每经过一道供需氧氮含量增加，目前常规工艺生产球形钛粉过程比较长，流程比较长，工艺比较复杂。因此氧氮水平偏高。

粉末价格昂贵，限制钛合金发展最重要的因素，目前市收粉末价格在3000到5000块钱，如果打印一个100克左右眼镜框仅原料成本300到500元一般民用市场难以接受。

缺乏独立自主知识产权，主要针对于制粉设备而言，目前普遍球形钛粉采用购买先进设备回国进行自己生产。这对于我们国家自主知识产权方面是十分不利的。

解决方案
利用射频等离子体实现段流程制备工艺，利用高频电源，对于惰性气体进行电离，得到高温等离子区，简单讲，像一台微波炉一样，我们利用等离子体高温性能达到1万度，粗氢化钛颗粒迅速释放氢气，由于氢化钛颗粒具有特性，遇到高温会释放氢气，内部的氢气迅速炸裂形成成细小颗粒，将射频等离子体和氢爆联系起来，将大颗粒氢化钛渣炸成小颗粒，小颗粒在高温作用下变成球形，得到了力度细、含氧低球形钛。技术路线很简单，利用海绵钛将其氢化，用普通的设备破裂成粗颗粒氢化钛粉，利用射频等离子体球化设备，变成了微细低氧球形钛粉，该工艺流程短设备简单是分适合工业化生产。

创新点是实现了20微米以下球形钛粉的规模化的设备，保证这一批粉末全部在20微米以下，通过氢化钛作为原料，实现短流程生产，大大提高生产效率，最后通过氢爆反应提高了粉末球化率。

市场分析
目前主打是3D打印市场，3D打印市场在2016年全球市场份额达到60亿美元，其中原料所占的比例1/3，120亿元人民币，钛合金占据了打印市场1/3左右，40亿元人民币，市场还是很广阔的。除此之外现在各个商业巨头也都开发目标标准了3D打印市场，美国业在6亿美元在3D打印。美国通用电气等等大公司拓展3D打印粉末业务。

注射成型市场之外，目前几十亿市场份额主要是不锈钢为主，原因就是注射成型所用钛粉粒度更细，成本要求更低，目前市售无法满足需求，国际上APC公司刚刚开发了注射成型钛合金粉末，生产了30吨定单，在国外形成了一定规模，国内仍需大力发展。

竞品分析
目前市售球形钛粉主要是旋转电极雾化法和气雾化法。

存在主要问题细粉率不足，由于工作原理决定的，旋转电极雾化法是将钛做成电极，加热熔融变成液体，通过旋转电极把液体甩出，之后冷凝得到细小的粉末。这样带来的问题，冷凝旋转速度以及溶液黏度是有限的，你刚刚形成溶液就把它甩出来它也无法达到很细的力度。

气雾化法，用高速气流进行冲击，最终得到冷凝粉末，但是由于钛合金性能活泼，与常见材料发生反应，因此熔炼钛的时候采用无坩埚熔炼方式过滤度严重不够。在雾化粉过程中过渡不够，细粉率就下降了。

因此带来的问题细粉率不足，不足30%，价格偏高，大批量供货存在一定的困难。这是性能对比，我们的粉末，最新第四代设备可以99%以上，平均力度在21个微米，压含量小于0.1%，价格仅有2000元每公斤。

运营情况
2010年开发出出带样机，生产出球形粉末。2013年第二代样机针对钛合金特点进行改造，2015年第三代样机，年产100吨进行了小批量的生产。我们为北京大学提供原料粉末，他们负责做一些临床实验，目前项目接近结题。第四代样机能够实现年产300吨的规模，急需融资拓展市场。

我们和清华大学激光工程中心进行合作，开发了一些TC4的3D打印件，经过他们的测试，我们的力学性能与常规钛粉相比，强度提高了10%，延伸率提高了20%，除了3D打印之外，注射成形厂家提供了样品，下面是可穿戴设备零部件和智能手表表壳。

商业模式
前期计划于常规粉体销售为主，主打低价战略，以常规利润产品占据市场，合作伙伴3D打印服务平台中小型3D打印企业，中期以定制粉体销售为主，目前客户为大型集团公司，通过我们的技术优势提供纳米改性粉体产品，满足不同领域需求。后期希望与设备制造厂商合作，也就是3D打印制造厂商，实现模块化的生产。

项目优势
技术具有独创性不易仿制。价格比同质量产品成本减少40%，性能杂质含量较适用水平低30%以上。下面是申请国内国际专利。

本轮融资2000万元，出让10%的股份，采用低成本工艺，毛利率达到60%，这是资金的用途。

团队介绍
负责人是郭志猛教授，北京科技大学粉末冶金研究所所长，目前享受国务院政府特殊津贴。研发负责人郝俊杰教授。运营王海英女士负责本项目市场推广，我是本项目研发工程师，负责粉沫力度控制和相关研究工作。这是年轻富有朝气的团队，谢谢大家！

专家点评
张嘉振：基本产业清脆法是不是自己发明专利？中科院也在做相似的事情，你们跟他们有区别吗？
芦博昕：这个不清楚，我们专利在2010年申请了。

张嘉振：这个粉达到每公斤2000块钱，现在市场价？
芦博昕：3千到5千是均价。

张嘉振：国内的钛粉在2500左右。
芦博昕：主要看它的力度，如果粗力度我们也可以便宜。

张嘉振：我们指的细分，不是电子束，如果国内2500，你这个2000力度好像没有那么大。第二你买（APMC）可能贵一点，在3000左右。
芦博昕：不光是力度，还有球形度和氧含量和杂性含量都有优势，我们可以综合比较一下，如果他们价格跟我们持平。

张嘉振：（海信）研究院1700左右一公斤。另外用你们粉力学性能大约10%左右，做没有做过一个比较细致的研究，是因为粉的原因，还是打印不稳定性等等机器的匹配，这里面因素很多，是不是因为粉导致了同样的机器，同样的流程，同样的控制过程，你的粉和别人比打出来什么样的东西。
芦博昕：这是和北航激光打印中心，他们用我们粉和别人粉一起打印，同一批打印出来的。

张嘉振：他们是用粗粉。
芦博昕：我们有他们给出的检测报告。具体联系方面不是我负责联系的。

吴西镇：以20微米球形一次性能够大概占比例多少。
芦博昕：我们的粉占90%以上。

吴西镇：中间经过筛选？
芦博昕：后期可以经过筛选，因为一次出来之后得到90%以上细粉率，后期一般会经过筛选，把个别粗大给剔除掉了。

吴西镇：现在根据粉体的特点，有没有想过在哪一个应用场景上作为重点应用和图怕？
芦博昕：我们希望把（铸造）成形成为开拓领域，目前3D打印比较成熟以销售为主。（铸造）成形钛合金咱们国家发展缓慢，我们有低价粉把这个市场打开，对于力度要求更为严格。（铸造）成形对于粉末要求更细，要不然无法为料。