楊亞鋒，1981年生，臨潁人，現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
 

    粉體顆粒是物質存在的一種形式，是地球上除水以外的第二類物質。在人類實現應用的材料中，粉體占70%以上。在現代工業制造中，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，金屬復合材料的發展較為滯后，主要原因在于高質量金屬復合粉體制備難。中科院楊亞鋒團隊經過多年探索，創新性研發了粉體包覆改性技術，開發了高質量3D打印復合材料粉體的制備新技術，成功突破了高質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、博均畢業于吉林大學。博士研究生畢業后，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到現在，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業化示范線；他開發的年產能百噸級梯度硬質合金制品的規模化制備技術，已在國內龍頭企業株洲硬質合金集團有限公司得到了推廣應用；他開發的百公斤級粉體顆粒改性批量規模化制備技術及裝備，部分產品已銷售至國內外多家企業及科研院所。

 

    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，隨著互聯網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制造業。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優化設計最佳結構的零部件制造。說3D打印是‘第三次工業革命’，主要是強調它的意義，突出它的優勢，但是3D打印不可能取代現在的制造技術。”

 

    為何3D打印如此受關注？楊亞鋒認為，3D打印較之于傳統的減材制造技術節省材料，是對當前制造業的一個有力補充。他進一步解釋，3D打印確實具有某種顛覆傳統制造業的能力，但這種優勢和能力究竟該如何發揮尚存在疑問。“3D打印的研究成果還未實現和市場的有效結合，市場不清楚到底哪些領域需要3D打印來實現，3D打印研發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，楊亞鋒表現出極大的興趣和非常人能及的專業素養：“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，實現均勻復合化。這一技術的優點在于均勻性高、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化包覆改性裝備，實現了高質量3D打印金屬復合粉體制備。產品已通過第三方驗證，符合3D打印標準。

 

    目前，楊亞鋒團隊生產的復合材料粉體已經初步得到中航工業、日本住友等國內外二十余家企業的認可。作為從中科院的實驗室孵化出來的項目，如何實現產業化是楊亞鋒下一步面臨的重要問題。楊亞鋒團隊計劃到2023年實現規模化生產技術優化，實現連續性和穩定性的同步提升，2025年孵化高新技術企業，開拓市場。

 

    用知識助力家鄉發展

 

    “無論走到哪里，家鄉永遠讓我魂牽夢系。這些年來，我用自己的知識和技術支持家鄉的發展。”談到家鄉，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業聯合實驗室，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新氛圍和強勁的經濟發展實力，利用企業的生產條件及市場運作，將科研成果盡快轉化為生產力，進而開發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權的新產品、新技術和新裝備，促進下游加工產業發展。同時，促進臨潁縣現有傳統制造業服務群體由低端民用市場向航空航天、醫療等高附加值產業跨越，在現有食品行業的基礎上引領其向新產品、新技術發展，鞏固并進一步提升傳統食品行業的國際競爭力，力爭轉換現有的競價銷售模式，推動企業增強主動創新意識，從根本上全面推進裝備制造產業和食品加工行業轉型升級，形成一批具有競爭優勢和一定國際影響力的龍頭企業和產業集群，最終實現共同發展，雙贏合作。

 

    2018年，楊亞鋒與潁川新材料開展全方位深度合作，對產品重新定位，迎合市場發展需求，盯緊國際先進產品，力爭打破國際壟斷。他與企業共同承擔中央引導地方科技發展專項“高速鋼預合金粉末制備關鍵技術研究及產業化”、河南省科技廳重點研發項目“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及產業化”、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”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類產品，獲得授權發明專利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。現在，此產品已開始量產，并獲得國內大型粉末冶金企業高度認可。這個產品的推出，打破了國外產品在中國市場十幾年的壟斷。（記者：齊國霞）