楊亞鋒，1981年生，臨潁人，現(xiàn)任中國科學院粉體材料重點實驗室副主任、中科院過程工程研究所資源化工研究部主任，長期致力于高性能粉體的化工過程強化制備、輕金屬及陶瓷材料的粉末冶金近凈成形制造及3D打印等方面的研究工作。

楊亞鋒 受訪者供圖
 

    粉體顆粒是物質(zhì)存在的一種形式，是地球上除水以外的第二類物質(zhì)。在人類實現(xiàn)應用的材料中，粉體占70%以上。在現(xiàn)代工業(yè)制造中，粉體作為基礎原料，在復雜金屬零部件的先進制造中發(fā)揮著越來越重要的作用。制造這些復雜結構的金屬部件，3D打印毋庸置疑是排頭兵，可以直接將粉體加工成復雜零部件，以避免或減少機械加工。和合金分體相比，金屬復合材料的發(fā)展較為滯后，主要原因在于高質(zhì)量金屬復合粉體制備難。中科院楊亞鋒團隊經(jīng)過多年探索，創(chuàng)新性研發(fā)了粉體包覆改性技術，開發(fā)了高質(zhì)量3D打印復合材料粉體的制備新技術，成功突破了高質(zhì)量金屬復合粉體制備難題。

 

    專注做好一件事

 

    楊亞鋒是臨潁縣三家店鎮(zhèn)邢莊村人，初中就讀于原華嚴寺中學，高中就讀于臨潁一高，本、碩、博均畢業(yè)于吉林大學。博士研究生畢業(yè)后，他成為澳大利亞昆士蘭大學的一名博士后，隨后在墨爾本皇家理工大學獲得永久教職。2015年，楊亞鋒入選國家海外高層次人才引進計劃，回國任職中國科學院過程工程研究所研究員、博士生導師，中國科學院大學崗位教授。

 

    現(xiàn)在，楊亞鋒擔任中國科學院粉體材料重點實驗室副主任、中科院過程工程研究所資源化工研究部主任，在重要國際國內(nèi)學術會議上作主題報告或邀請報告二十余次，擔任會議組織者或分會主席十余次。

 

    楊亞鋒從2000年在吉林大學學習材料成型與控制工程專業(yè)到現(xiàn)在，專注于高性能粉體顆粒過程強化制備及近凈成形研究。二十余年的工作和學習，從來沒有偏離這個軌道。

 

    多年來，楊亞鋒在高性能粉體的化工過程強化制備、輕金屬及陶瓷材料的粉末冶金近凈成形制造及3D打印等方面的研究取得了突破性的成果。他研發(fā)的復雜鈦合金粉末冶金零部件控形控性一體化制造新技術，被歐洲粉末冶金學會重點報道，在山東省建成了低成本高性能粉末冶金鈦合金零部件產(chǎn)業(yè)化示范線；他開發(fā)的年產(chǎn)能百噸級梯度硬質(zhì)合金制品的規(guī)?；苽浼夹g，已在國內(nèi)龍頭企業(yè)株洲硬質(zhì)合金集團有限公司得到了推廣應用；他開發(fā)的百公斤級粉體顆粒改性批量規(guī)模化制備技術及裝備，部分產(chǎn)品已銷售至國內(nèi)外多家企業(yè)及科研院所。

 

    選準目標一刻不停歇

 

    20世紀，3D打印就已開始基礎研究。最近幾年，隨著互聯(lián)網(wǎng)和高端裝備制造的興起，沉寂許久的3D打印被冠以“第三次工業(yè)革命”之稱，可謂來勢洶洶。更有觀點認為，3D打印也許會取代傳統(tǒng)制造業(yè)。對此，楊亞鋒說：“3D打印比較適合難加工材料的近凈成形、具有復雜形狀的零部件的近凈成形以及可以實現(xiàn)優(yōu)化設計最佳結構的零部件制造。說3D打印是‘第三次工業(yè)革命’，主要是強調(diào)它的意義，突出它的優(yōu)勢，但是3D打印不可能取代現(xiàn)在的制造技術。”

 

    為何3D打印如此受關注？楊亞鋒認為，3D打印較之于傳統(tǒng)的減材制造技術節(jié)省材料，是對當前制造業(yè)的一個有力補充。他進一步解釋，3D打印確實具有某種顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)的能力，但這種優(yōu)勢和能力究竟該如何發(fā)揮尚存在疑問。“3D打印的研究成果還未實現(xiàn)和市場的有效結合，市場不清楚到底哪些領域需要3D打印來實現(xiàn)，3D打印研發(fā)人員也不能真正了解市場的需求。”楊亞鋒說。

 

    用簡單的話來說，3D打印就是使用粉末狀金屬材料一層一層打印的方法來制造物體。毫無疑問，這其中最核心的要素便是材料。那么，在競爭中如何將3D打印材料的成本降下來也就成為研究者們苦苦思索的一個問題。

 

    在談到與材料有關的話題時，楊亞鋒表現(xiàn)出極大的興趣和非常人能及的專業(yè)素養(yǎng)：“材料成本過高主要指的是3D打印原材料，例如粉末或者絲材很貴。以金屬材料為例，材料成本高一方面是因為用于生產(chǎn)金屬粉末的原合金錠屬于高純錠，本身價位就很高；另一方面是因為氣霧化粉和旋轉電極粉的成粉率都不高。例如鋪粉的3D打印，激光鋪粉對粉的粒度要求基本在45微米以下。在這個尺度上的成粉率是很低的，也就是說要做出這么細的粉是有很大難度的。氣霧化目前成粉率基本上在20%以下，旋轉電極粉成粉率基本上在10%以下。從昂貴的高純錠到最終的成粉率，中間的原材料浪費以及工藝參數(shù)的苛刻都會使粉末的價格比較高。”

 

    意識到材料成本是未來要重點突破的一個方向之后，楊亞鋒也在緊鑼密鼓地展開他的研究。即使在研究中遇到一些難以突破的難題，楊亞鋒仍舊充滿信心。“粉體材料的應用非常廣泛，并非要用于3D打印技術。常規(guī)的粉末冶金模壓-燒結技術、金屬注射成型技術、噴涂技術、表面激光熔覆技術、噴射成型等都需要大量的金屬粉末。這些技術目前已應用在汽車、電子等領域，將來也會被更加廣泛應用。”楊亞鋒說。

 

    楊亞鋒團隊提出了粉體包覆制備復合粉體的新思路，在不改變球形度的前提下，實現(xiàn)均勻復合化。這一技術的優(yōu)點在于均勻性高、球形度好、普適性強。設備搭建方面，團隊自主搭建了粉體流態(tài)化包覆改性裝備，實現(xiàn)了高質(zhì)量3D打印金屬復合粉體制備。產(chǎn)品已通過第三方驗證，符合3D打印標準。

 

    目前，楊亞鋒團隊生產(chǎn)的復合材料粉體已經(jīng)初步得到中航工業(yè)、日本住友等國內(nèi)外二十余家企業(yè)的認可。作為從中科院的實驗室孵化出來的項目，如何實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是楊亞鋒下一步面臨的重要問題。楊亞鋒團隊計劃到2023年實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)技術優(yōu)化，實現(xiàn)連續(xù)性和穩(wěn)定性的同步提升，2025年孵化高新技術企業(yè)，開拓市場。

 

    用知識助力家鄉(xiāng)發(fā)展

 

    “無論走到哪里，家鄉(xiāng)永遠讓我魂牽夢系。這些年來，我用自己的知識和技術支持家鄉(xiāng)的發(fā)展。”談到家鄉(xiāng)，楊亞鋒動情地說。

 

    2018年以來，楊亞鋒先后與臨潁縣、潁川新材料、豫中鐵合金開展了產(chǎn)學研一體化合作，并取得了明顯成效。2021年，中國科學院過程工程研究所與臨潁縣共同成立臨潁縣精密制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)合實驗室，旨在依托中國科學院過程工程研究所的技術、人才資源以及先進、成熟的科技成果，借助于臨潁縣良好的科技創(chuàng)新氛圍和強勁的經(jīng)濟發(fā)展實力，利用企業(yè)的生產(chǎn)條件及市場運作，將科研成果盡快轉化為生產(chǎn)力，進而開發(fā)在國際上具有重要影響力和市場沖擊力的具有自主知識產(chǎn)權的新產(chǎn)品、新技術和新裝備，促進下游加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。同時，促進臨潁縣現(xiàn)有傳統(tǒng)制造業(yè)服務群體由低端民用市場向航空航天、醫(yī)療等高附加值產(chǎn)業(yè)跨越，在現(xiàn)有食品行業(yè)的基礎上引領其向新產(chǎn)品、新技術發(fā)展，鞏固并進一步提升傳統(tǒng)食品行業(yè)的國際競爭力，力爭轉換現(xiàn)有的競價銷售模式，推動企業(yè)增強主動創(chuàng)新意識，從根本上全面推進裝備制造產(chǎn)業(yè)和食品加工行業(yè)轉型升級，形成一批具有競爭優(yōu)勢和一定國際影響力的龍頭企業(yè)和產(chǎn)業(yè)集群，最終實現(xiàn)共同發(fā)展，雙贏合作。

 

    2018年，楊亞鋒與潁川新材料開展全方位深度合作，對產(chǎn)品重新定位，迎合市場發(fā)展需求，盯緊國際先進產(chǎn)品，力爭打破國際壟斷。他與企業(yè)共同承擔中央引導地方科技發(fā)展專項“高速鋼預合金粉末制備關鍵技術研究及產(chǎn)業(yè)化”、河南省科技廳重點研發(fā)項目“電解鋁陽極用防腐抗氧化涂料關鍵技術及應用”、河南省“揭榜掛帥”科技項目“金剛石工具用新合金體系設計和粉體制備關鍵技術開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”、河南省中科院科技成果轉移轉化項目“注射成形用球形、細粒徑工具鋼粉體制備技術開發(fā)”等眾多重大成果轉化項目。

 

    目前，在這些項目的資助和引領下，合作公司已擁有7個系列近100類產(chǎn)品，獲得授權發(fā)明專利16項，實用新型專利32項，通過省級成果鑒定8項。其中兩項被中國工程院何季麟院士為組長的專家組評定為國際先進?，F(xiàn)在，此產(chǎn)品已開始量產(chǎn)，并獲得國內(nèi)大型粉末冶金企業(yè)高度認可。這個產(chǎn)品的推出，打破了國外產(chǎn)品在中國市場十幾年的壟斷。（記者：齊國霞）