鈦合金球形粉是我國金屬3D打印的戰(zhàn)略性關鍵材料，在航空航天、醫(yī)療和制造業(yè)等行業(yè)廣泛應用。在3D打印領域素有“得粉體者得天下”一說，可見鈦合金球粉的重要性。然而國產(chǎn)鈦合金球粉普遍存在品質低下的問題，高品質的鈦合金球粉被德國、加拿大、美國等少數(shù)幾個國家的企業(yè)壟斷，并且對國內禁售，不僅如此，國外連鈦合金球粉制備設備都對我國禁售，導致3D打印產(chǎn)品成本高昂，嚴重制約了我國3D打印行業(yè)的發(fā)展。中科院海西研究院積極響應習近平總書記“關鍵核心技術自主可控”的號召，另辟蹊徑，打破了國際技術壟斷，*采用激光超聲等離子球化技術，自主研制出增材制造用鈦合金精細球粉制造裝備，實現(xiàn)了高品質鈦合金球形粉的制備生產(chǎn)，突破了國際上普遍采用的氣霧化法細粉得粉率低、空心球衛(wèi)星球難以消除等技術難題，實現(xiàn)了細粉得率90%以上，且成功應用于選區(qū)激光熔融增材制造工藝，金屬打印件的機械性能達到鍛件水平。研發(fā)成果推出后國外廠家主動將球粉的價格大幅下調，扭轉了我國在3D打印原材料受制于人的局面。目前建成一條高品質鈦合金精細球粉制造裝備的中試生產(chǎn)線，已與中國商飛簽訂戰(zhàn)略協(xié)議，在中國航天科技、中國科學院近代物理研究所等多家單位得到應用。

增材制造技術的特點及應用

增材制造技術改變對原材料進行切削、組裝等方法進行生產(chǎn)的加工模式，實現(xiàn)了及時按需制備的靈活生產(chǎn)模式，受到各國政府、研究機構和企業(yè)和媒體的廣泛關注。

激光超聲等離子球化技術

激光超聲等離子球化技術采用復合調制模式激光束輻照加熱熔融鈦合金棒材，形成微小熔池，與此同時對鈦合金棒材同步施加縱向高頻超聲波振動，利用超聲波的空化效應將熔池內熔融鈦合金溶液霧化噴出，進而冷卻凝固形成細小的鈦合金原粉。

鈦合金原粉制備完成后再采用感應等離子體產(chǎn)生的高溫火焰將送入其中的不規(guī)則粉體材料迅速加熱、熔融或氣化，隨著粉末材料被氣流帶出等離子體高溫區(qū)域，熔融的粉體顆粒在表面張力和急速冷卻的作用下迅速冷卻、硬化成球形顆粒。

激光超聲等離子球化技術制備的粉末的流動性高于國外產(chǎn)品的流動性。產(chǎn)品細粉得率在90%以上，生產(chǎn)成本較霧化法降低近50%，且成功應用于選區(qū)激光熔融增材制造工藝，金屬TC4拉伸樣的抗拉強度≥1000MPa，延伸率≥10%。目前鈦合金精細球粉已成功3D打印出飛機發(fā)動機、無人機和汽車發(fā)動機。

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