加速國產替代！3D打印高導熱模具鋼粉末材料“中試生產”

從光大We谷·溥彥科技園獲悉，東莞材料基因高等理工研究院下屬的增材制造中心，面向航空航天、汽車和工業模具等高端領域行業需求，依托省基礎與應用基礎重大項目，成功開發了一種新型3D打印高導熱模具鋼粉末材料并實現中試生產。

未來，有望在消費電子、醫療和汽車模具等領域展開應用，降本增效，加速東莞模具制造的轉型升級。

01立地：進入中試階段，讓模具生產“冷靜而高效”

光大We谷·溥彥科技園由東莞材料基因高等理工研究院與廣東光大集團聯合打造，今年6月正式開放。該科技園將以新材料產業為核心，打造產學研科技成果轉化中心，實現“基礎研究-應用研究-產業化發展”的全覆蓋。

其中，在產學研科技成果轉化中心方面，廣東光大集團將整合鏈接區域新型科研院所，搭建企業和創新載體對接平臺，精準服務企業創新發展，對關鍵產品與核心技術進行創新賦能，幫助企業做專、做精、做強，提升產業附加值與綜合競爭優勢。

東莞材料基因高等理工研究院增材制造中心位于科技園的中試研發區，正是推進產學研科技成果轉化的重要平臺。

據悉，該中心主要面向東莞制造業企業，尤其是東莞擁有雄厚基礎的模具行業提供高導熱新材料，為行業發展注入*強科技。

一款高導熱新材料如何研發？

記者在增材制造中心看到，金屬3D打印機、研究級金相顯微鏡、場發射掃描電鏡、FIB場發射雙束掃描電鏡和洛氏硬度計等多臺專業設備。“這些設備花費2000多萬元，為新材料開發提供了必要的條件。”李相偉表示，要研發、制備出符合工業生產需要的高導熱粉末材料，需要解決材料硬度、耐腐蝕、高導熱性能匹配問題，以及滿足大批量生產面臨的成本要求。這就需要從材料成分設計出發，借助專業的研發設備，優化制備工藝，改善材料內部的微觀組織，提升材料的力學性能。

從2019年開始，10多人的團隊，經過3年時間的研發，高導熱粉末材料進入“中試”階段。“目前，高導熱粉末材料完成數百公斤生產，并與廣東某龍頭企業合作，采用金屬3D打印技術，實現高熱導隨形冷卻模具的制備和驗證”李相偉表示。

模具素有“工業之母”的美譽，在工業生產中具有重要作用。模具溫度不僅影響產品缺陷，而且零件冷卻耗時長，占到整個注塑成型周期的60～70%。

增材制造中心的高導熱材料的研發，將促進東莞模具行業轉型升級。“高導熱3D打印隨形冷卻模具，改善模具溫度平衡，降低注塑周期，提高生產效率，顯著提升產品品質和模具的使用壽命。”李相偉表示。

誰掌握了材料，誰就掌握了未來。進入中試階段后，隨著新材料的量的大幅增加，增材制造中心的技術成果落地將加速推進，成為助力松山湖科學城構建全鏈條全生態全過程科創生態的一分子。

02頂天：承擔國家、省部級項目，加速成果轉化和技術落地

2019年，中國科學技術大學博士李相偉來到東莞，作為金屬增材制造團隊的負責人，在東莞材料基因高等理工研究院繼續從事新型金屬材料的研究，并尋求技術落地的應用場景。

在李相偉看來，新材料進入中試階段，在東莞找到匹配的應用場景是研發工作的重要一部分，是近期目標。增材制造中心的愿景仍然在更遠處——在航空航天和汽車等高端領域，加速新材料研發和技術落地。

從2010年開始，李相偉從事航空發動機高溫合金材料研發至今，已有超過10年之久，對于行業發展知之甚深。

在金屬3D打印領域，2013年左右以國外進口設備和材料為主，近年來，隨著國產設備和粉末材料技術的成熟，逐漸在手板加工、模具制造和航空航天等領域實現國產化替代。未來隨著產業鏈成本的進一步降低，金屬3D打印逐步從原型制造向批量生產轉變。

但批量化生產過程中還會涉及到新型材料的開發、殘余應力引起的零件變形控制和高效低成本打印工藝等問題，都會推遲批量化生產時代的到來，也是增材制造行業面臨的挑戰

這也成為李相偉所在的增材制造中心未來要打破的行業現狀。

“當前，針對航空航天、汽車和工業模具等高端領域的需求，采用高通量計算，結合機器學習方法，全力推進高導熱模具鋼、高溫合金、高強鋁合金和高韌鈦合金等新型金屬增材制造專用材料的研發。”李相偉表示。

據悉，目前，該團隊承擔科研項目7項，包括國家重點研發計劃、廣東省重大基礎項目和粵莞基金等項目。尤其是，2020年研究院增材制造中心牽頭，聯合國內金屬增材制造領域重點院校北京航空航天大學王華明院士團隊、國家增材制造創新中心東莞分中心東莞理工學院盧秉恒院士團隊以及國際*院校香港大學顏慶云院士團隊，針對長期制約金屬構件增材制造發展應用的共性基礎科學問題，分別開展熔池冶金動力學行為及內部缺陷形成機理研究、熔池冶金動力學行為及內部缺陷形成機理研究、增材制造內應力形成及調控和新型高性能增材制造材料開發等5個方面研究。

“未來要持續加大研發，承擔一名科研工作者的使命和擔當，推進高端金屬粉末的研發，加速3D打印批量化生產時代的到來。”李相偉表示。

除增材制造中心外，溥彥科技園配套完整的材料研發、制備、表征和檢測儀器設施，還設置應力工程中心、微觀組織表征中心、結構完整性中心等專業研發中心。未來，溥彥科技園將打造獨特的新材料產業生態體系，構建新型材料科技的協同創新中心和高端知識密集型的產業平臺，推動東莞乃至大灣區新材料產業蓬勃發展。

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