楊亞鋒，1981年生，臨潁人，現(xiàn)任中國(guó)科學(xué)院粉體材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、中科院過程工程研究所資源化工研究部主任，長(zhǎng)期致力于高性能粉體的化工過程強(qiáng)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(shí)現(xiàn)應(yīng)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(chǔ)原料，在復(fù)雜金屬零部件的先進(jìn)制造中發(fā)揮著越來越重要的作用。制造這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(fù)雜零部件，以避免或減少機(jī)械加工。和合金分體相比，金屬?gòu)?fù)合材料的發(fā)展較為滯后，主要原因在于高質(zhì)量金屬?gòu)?fù)合粉體制備難。中科院楊亞鋒團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年探索，創(chuàng)新性研發(fā)了粉體包覆改性技術(shù)，開發(fā)了高質(zhì)量3D打印復(fù)合材料粉體的制備新技術(shù)，成功突破了高質(zhì)量金屬?gòu)?fù)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(yán)寺中學(xué)，高中就讀于臨潁一高，本、碩、博均畢業(yè)于吉林大學(xué)。博士研究生畢業(yè)后，他成為澳大利亞昆士蘭大學(xué)的一名博士后，隨后在墨爾本皇家理工大學(xué)獲得永久教職。2015年，楊亞鋒入選國(guó)家海外高層次人才引進(jìn)計(jì)劃，回國(guó)任職中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所研究員、博士生導(dǎo)師，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)崗位教授。

 

    現(xiàn)在，楊亞鋒擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院粉體材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議上作主題報(bào)告或邀請(qǐng)報(bào)告二十余次，擔(dān)任會(huì)議組織者或分會(huì)主席十余次。

 

    楊亞鋒從2000年在吉林大學(xué)學(xué)習(xí)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(qiáng)化制備及近凈成形研究。二十余年的工作和學(xué)習(xí)，從來沒有偏離這個(gè)軌道。

 

    多年來，楊亞鋒在高性能粉體的化工過程強(qiáng)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(fù)雜鈦合金粉末冶金零部件控形控性一體化制造新技術(shù)，被歐洲粉末冶金學(xué)會(huì)重點(diǎn)報(bào)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(jí)梯度硬質(zhì)合金制品的規(guī)模化制備技術(shù)，已在國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司得到了推廣應(yīng)用；他開發(fā)的百公斤級(jí)粉體顆粒改性批量規(guī)模化制備技術(shù)及裝備，部分產(chǎn)品已銷售至國(guó)內(nèi)外多家企業(yè)及科研院所。

 

    選準(zhǔn)目標(biāo)一刻不停歇

 

    20世紀(jì)，3D打印就已開始基礎(chǔ)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(shì)洶洶。更有觀點(diǎn)認(rèn)為，3D打印也許會(huì)取代傳統(tǒng)制造業(yè)。對(duì)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(fù)雜形狀的零部件的近凈成形以及可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)最佳結(jié)構(gòu)的零部件制造。說3D打印是‘第三次工業(yè)革命’，主要是強(qiáng)調(diào)它的意義，突出它的優(yōu)勢(shì)，但是3D打印不可能取代現(xiàn)在的制造技術(shù)。”

 

    為何3D打印如此受關(guān)注？楊亞鋒認(rèn)為，3D打印較之于傳統(tǒng)的減材制造技術(shù)節(jié)省材料，是對(duì)當(dāng)前制造業(yè)的一個(gè)有力補(bǔ)充。他進(jìn)一步解釋，3D打印確實(shí)具有某種顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)的能力，但這種優(yōu)勢(shì)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(shí)現(xiàn)和市場(chǎng)的有效結(jié)合，市場(chǎng)不清楚到底哪些領(lǐng)域需要3D打印來實(shí)現(xiàn)，3D打印研發(fā)人員也不能真正了解市場(chǎng)的需求。”楊亞鋒說。

 

    用簡(jiǎn)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(jìng)爭(zhēng)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(gè)問題。

 

    在談到與材料有關(guān)的話題時(shí)，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?yàn)橛糜谏a(chǎn)金屬粉末的原合金錠屬于高純錠，本身價(jià)位就很高；另一方面是因?yàn)闅忪F化粉和旋轉(zhuǎn)電極粉的成粉率都不高。例如鋪粉的3D打印，激光鋪粉對(duì)粉的粒度要求基本在45微米以下。在這個(gè)尺度上的成粉率是很低的，也就是說要做出這么細(xì)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(zhuǎn)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(fèi)以及工藝參數(shù)的苛刻都會(huì)使粉末的價(jià)格比較高。”

 

    意識(shí)到材料成本是未來要重點(diǎn)突破的一個(gè)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(yīng)用非常廣泛，并非要用于3D打印技術(shù)。常規(guī)的粉末冶金模壓-燒結(jié)技術(shù)、金屬注射成型技術(shù)、噴涂技術(shù)、表面激光熔覆技術(shù)、噴射成型等都需要大量的金屬粉末。這些技術(shù)目前已應(yīng)用在汽車、電子等領(lǐng)域，將來也會(huì)被更加廣泛應(yīng)用。”楊亞鋒說。

 

    楊亞鋒團(tuán)隊(duì)提出了粉體包覆制備復(fù)合粉體的新思路，在不改變球形度的前提下，實(shí)現(xiàn)均勻復(fù)合化。這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于均勻性高、球形度好、普適性強(qiáng)。設(shè)備搭建方面，團(tuán)隊(duì)自主搭建了粉體流態(tài)化包覆改性裝備，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量3D打印金屬?gòu)?fù)合粉體制備。產(chǎn)品已通過第三方驗(yàn)證，符合3D打印標(biāo)準(zhǔn)。

 

    目前，楊亞鋒團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的復(fù)合材料粉體已經(jīng)初步得到中航工業(yè)、日本住友等國(guó)內(nèi)外二十余家企業(yè)的認(rèn)可。作為從中科院的實(shí)驗(yàn)室孵化出來的項(xiàng)目，如何實(shí)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(tuán)隊(duì)計(jì)劃到2023年實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性和穩(wěn)定性的同步提升，2025年孵化高新技術(shù)企業(yè)，開拓市場(chǎng)。

 

    用知識(shí)助力家鄉(xiāng)發(fā)展

 

    “無論走到哪里，家鄉(xiāng)永遠(yuǎn)讓我魂?duì)繅?mèng)系。這些年來，我用自己的知識(shí)和技術(shù)支持家鄉(xiāng)的發(fā)展。”談到家鄉(xiāng)，楊亞鋒動(dòng)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(xué)研一體化合作，并取得了明顯成效。2021年，中國(guó)科學(xué)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(shí)驗(yàn)室，旨在依托中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所的技術(shù)、人才資源以及先進(jìn)、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(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)力，利用企業(yè)的生產(chǎn)條件及市場(chǎng)運(yùn)作，將科研成果盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，進(jìn)而開發(fā)在國(guó)際上具有重要影響力和市場(chǎng)沖擊力的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品、新技術(shù)和新裝備，促進(jìn)下游加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。同時(shí)，促進(jìn)臨潁縣現(xiàn)有傳統(tǒng)制造業(yè)服務(wù)群體由低端民用市場(chǎng)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(chǔ)上引領(lǐng)其向新產(chǎn)品、新技術(shù)發(fā)展，鞏固并進(jìn)一步提升傳統(tǒng)食品行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，力爭(zhēng)轉(zhuǎn)換現(xiàn)有的競(jìng)價(jià)銷售模式，推動(dòng)企業(yè)增強(qiáng)主動(dòng)創(chuàng)新意識(shí)，從根本上全面推進(jìn)裝備制造產(chǎn)業(yè)和食品加工行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，形成一批具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和一定國(guó)際影響力的龍頭企業(yè)和產(chǎn)業(yè)集群，最終實(shí)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(duì)產(chǎn)品重新定位，迎合市場(chǎng)發(fā)展需求，盯緊國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品，力爭(zhēng)打破國(guó)際壟斷。他與企業(yè)共同承擔(dān)中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)“高速鋼預(yù)合金粉末制備關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化”、河南省科技廳重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“電解鋁陽極用防腐抗氧化涂料關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”、河南省“揭榜掛帥”科技項(xiàng)目“金剛石工具用新合金體系設(shè)計(jì)和粉體制備關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”、河南省中科院科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化項(xiàng)目“注射成形用球形、細(xì)粒徑工具鋼粉體制備技術(shù)開發(fā)”等眾多重大成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目。

 

    目前，在這些項(xiàng)目的資助和引領(lǐng)下，合作公司已擁有7個(gè)系列近100類產(chǎn)品，獲得授權(quán)發(fā)明專利16項(xiàng)，實(shí)用新型專利32項(xiàng)，通過省級(jí)成果鑒定8項(xiàng)。其中兩項(xiàng)被中國(guó)工程院何季麟院士為組長(zhǎng)的專家組評(píng)定為國(guó)際先進(jìn)。現(xiàn)在，此產(chǎn)品已開始量產(chǎn)，并獲得國(guó)內(nèi)大型粉末冶金企業(yè)高度認(rèn)可。這個(gè)產(chǎn)品的推出，打破了國(guó)外產(chǎn)品在中國(guó)市場(chǎng)十幾年的壟斷。（記者：齊國(guó)霞）