加速国产替代！3D打印高导热模具钢粉末材料“中试生产”

从光大We谷·溥彦科技园获悉，东莞材料基因高等理工研究院下属的增材制造中心，面向航空航天、汽车和工业模具等高端领域行业需求，依托省基础与应用基础重大项目，成功开发了一种新型3D打印高导热模具钢粉末材料并实现中试生产。

未来，有望在消费电子、医疗和汽车模具等领域展开应用，降本增效，加速东莞模具制造的转型升级。

01立地：进入中试阶段，让模具生产“冷静而高效”

光大We谷·溥彦科技园由东莞材料基因高等理工研究院与广东光大集团联合打造，今年6月正式开放。该科技园将以新材料产业为核心，打造产学研科技成果转化中心，实现“基础研究-应用研究-产业化发展”的全覆盖。

其中，在产学研科技成果转化中心方面，广东光大集团将整合链接区域新型科研院所，搭建企业和创新载体对接平台，精准服务企业创新发展，对关键产品与核心技术进行创新赋能，帮助企业做专、做精、做强，提升产业附加值与综合竞争优势。

东莞材料基因高等理工研究院增材制造中心位于科技园的中试研发区，正是推进产学研科技成果转化的重要平台。

据悉，该中心主要面向东莞制造业企业，尤其是东莞拥有雄厚基础的模具行业提供高导热新材料，为行业发展注入*强科技。

一款高导热新材料如何研发？

记者在增材制造中心看到，金属3D打印机、研究级金相显微镜、场发射扫描电镜、FIB场发射双束扫描电镜和洛氏硬度计等多台专业设备。“这些设备花费2000多万元，为新材料开发提供了必要的条件。”李相伟表示，要研发、制备出符合工业生产需要的高导热粉末材料，需要解决材料硬度、耐腐蚀、高导热性能匹配问题，以及满足大批量生产面临的成本要求。这就需要从材料成分设计出发，借助专业的研发设备，优化制备工艺，改善材料内部的微观组织，提升材料的力学性能。

从2019年开始，10多人的团队，经过3年时间的研发，高导热粉末材料进入“中试”阶段。“目前，高导热粉末材料完成数百公斤生产，并与广东某龙头企业合作，采用金属3D打印技术，实现高热导随形冷却模具的制备和验证”李相伟表示。

模具素有“工业之母”的美誉，在工业生产中具有重要作用。模具温度不仅影响产品缺陷，而且零件冷却耗时长，占到整个注塑成型周期的60～70%。

增材制造中心的高导热材料的研发，将促进东莞模具行业转型升级。“高导热3D打印随形冷却模具，改善模具温度平衡，降低注塑周期，提高生产效率，显著提升产品品质和模具的使用寿命。”李相伟表示。

谁掌握了材料，谁就掌握了未来。进入中试阶段后，随着新材料的量的大幅增加，增材制造中心的技术成果落地将加速推进，成为助力松山湖科学城构建全链条全生态全过程科创生态的一分子。

02顶天：承担国家、省部级项目，加速成果转化和技术落地

2019年，中国科学技术大学博士李相伟来到东莞，作为金属增材制造团队的负责人，在东莞材料基因高等理工研究院继续从事新型金属材料的研究，并寻求技术落地的应用场景。

在李相伟看来，新材料进入中试阶段，在东莞找到匹配的应用场景是研发工作的重要一部分，是近期目标。增材制造中心的愿景仍然在更远处——在航空航天和汽车等高端领域，加速新材料研发和技术落地。

从2010年开始，李相伟从事航空发动机高温合金材料研发至今，已有超过10年之久，对于行业发展知之甚深。

在金属3D打印领域，2013年左右以国外进口设备和材料为主，近年来，随着国产设备和粉末材料技术的成熟，逐渐在手板加工、模具制造和航空航天等领域实现国产化替代。未来随着产业链成本的进一步降低，金属3D打印逐步从原型制造向批量生产转变。

但批量化生产过程中还会涉及到新型材料的开发、残余应力引起的零件变形控制和高效低成本打印工艺等问题，都会推迟批量化生产时代的到来，也是增材制造行业面临的挑战

这也成为李相伟所在的增材制造中心未来要打破的行业现状。

“当前，针对航空航天、汽车和工业模具等高端领域的需求，采用高通量计算，结合机器学习方法，全力推进高导热模具钢、高温合金、高强铝合金和高韧钛合金等新型金属增材制造专用材料的研发。”李相伟表示。

据悉，目前，该团队承担科研项目7项，包括国家重点研发计划、广东省重大基础项目和粤莞基金等项目。尤其是，2020年研究院增材制造中心牵头，联合国内金属增材制造领域重点院校北京航空航天大学王华明院士团队、国家增材制造创新中心东莞分中心东莞理工学院卢秉恒院士团队以及国际*院校香港大学颜庆云院士团队，针对长期制约金属构件增材制造发展应用的共性基础科学问题，分别开展熔池冶金动力学行为及内部缺陷形成机理研究、熔池冶金动力学行为及内部缺陷形成机理研究、增材制造内应力形成及调控和新型高性能增材制造材料开发等5个方面研究。

“未来要持续加大研发，承担一名科研工作者的使命和担当，推进高端金属粉末的研发，加速3D打印批量化生产时代的到来。”李相伟表示。

除增材制造中心外，溥彦科技园配套完整的材料研发、制备、表征和检测仪器设施，还设置应力工程中心、微观组织表征中心、结构完整性中心等专业研发中心。未来，溥彦科技园将打造独特的新材料产业生态体系，构建新型材料科技的协同创新中心和高端知识密集型的产业平台，推动东莞乃至大湾区新材料产业蓬勃发展。

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