国内已实现量产3D打印抗拉强度高达1500兆帕的钛合金再生粉

自上世纪50年代以来，钛合金因其战略金属的地位与优异的性能，主要应用于航空、军工、医疗等高端领域，钛合金的“贵族”形象一直深入人心。在2000年初，钛合金曾一度用作ThinkPad电脑、徕卡相机等数码产品的外壳。直至近两年，钛合金开始大量出现在消费电子产品上，例如Apple Watch Ultra、iPhone 15 Pro、HUAWEI WATCH 4 Pro等。2023年7月，在荣耀发布的折叠屏手机Magic V2中，甚至直接采用了3D打印的钛合金铰链轴盖，从而减小了折叠屏整体厚度和重量。

当前，钛合金在金属3D打印市场占比高达30%，每年消耗的3D打印用钛合金粉超过1000吨。常规3D打印用钛合金制粉工艺主要是EIGA、PA、PREP三种，除此以外也存在一些特殊工艺，如PIGA、PS、VIGA-CC等。无论哪种工艺都无一例外带来了大量的、难以重熔回收的钛合金粗粉废料，使用*多的EIGA工艺，不符合3D打印使用的副产物废料甚至占通粉的50%以上。

相比3D打印增材技术，CNC数控机加工等减材技术所产生的车削、铣削等碎屑废料体量更加庞大，比例可能超过90%。通常，体积大的钛合金边料或失败制件，可以通过传统的VAR重熔方法回收。但是，钛合金CNC碎屑就必须要额外处理氧化皮与油污，以减少杂质引入，而粗粉废料则须先加温加压预制成坯，才可以重熔回收，否则会因粗粉表面活性较高，造成重熔飞溅爆炸事故。

鉴于此，全球已有多家公司推出，免VAR重熔的方案，将钛合金废料直接转化成3D打印用钛合金粉的设备和工艺。钛合金3D打印技术目前很可能会在3C消费电子行业的推动和影响下，朝着一个体系更完整、可持续、低成本、绿色低碳环保、循环金属制造的方向发展。

FSD循环再生制粉技术

2023年9月，南极熊在亚洲3D打印、增材制造展览会，专访了来自深圳市的低碳再生钛粉开发商3R Additive思锐增材。3R思锐团队今年成功开发出FSD循环再生制粉技术，使用粗粉废料直接制备出满足3D打印使用的钛合金粉，并完成了每月吨级的量产建设。如图所示，FSD循环再生制粉技术须经过三个特殊优化设计的加工工序：破碎—球化—脱氧。

再生钛粉性能优异

3R思锐总经理徐鹏博士表示：采用FSD技术回收粗粉生产15-45μm粒径的再生钛粉“Regenepowder”，收得率大于80%，振实密度可达2.95g/cm3，霍尔流速低于38g/50s，3D打印态试棒室温塑性不小于5%，抗拉强度高达1500兆帕，比EIGA原生钛合金粉还高出两三百兆帕，3D打印良品率超过95%。如果客户需要强塑性均衡的3D打印产品，只需与EIGA原生钛合金粉进行合批，便可以获得满足ELI标准的钛合金粉材，或添加微量稀土元素也可以实现强塑性均衡的调控。

3R思锐在TCT期间，展示了很多采用“Regenepowder”再生钛粉的3D打印制件，不论是具有复杂内流道的航空发动机叶片盘、还是多孔拓扑结构以及外观结构性测试件，几乎无法分辨这些制件到底是使用了循环再生还是原生钛粉。

技术被需要，得到资金和市场青睐

3R思锐董事长严明博士表示：2015年以来，我们一直潜心专研多角钛粉的球化，19年*证实了多角钛粉可经机械球磨实现0.85以上的球化整形，并揭示遗传细晶强化现象与原理。22年，又成功开发出钛合金粉CPS冷球化工艺、半固态辅料及配套装置，冷加工舱内腔的莫氏硬度更是高达9.5，仅次于钻石，几乎不会引入任何杂质。23年，我们完成了整个FSD循环再生制粉技术的研发和量产建设，再生钛粉的成本也下降了一半以上。为此，3R思锐研发团队小试和中试累计超过300多轮，核心关键技术是经历了大量的测试分析才实现突破。

3R思锐公司现已获得1300万政府项目和500万天使基金投资（力合科创），正计划在中国内陆扩建二期，希望在24年再开设一个年产能达到200吨、采用绿电进行钛合金粗粉废料回收制粉的现代化工厂。目前，这种“Regenepowder”再生TC4钛合金粉的公开市场售价已经低至每公斤300元（按照大批量阶梯定价）。而该团队相信，在完成工厂现代化建设后，“Regenepowder”市场售价有望进一步下探至200元每公斤。这将会把钛合金材料的战略价值在制造业中更大地发挥出来，让更多的领域可以获益于钛的优异特性。3R思锐当前也在积极寻求更匹配的合作伙伴，欲加速推动钛合金粗粉废料回收制粉的产业化进程。

其实，市场近些年也逐渐意识到了3D打印先进制造与循环金属绿色制造更容易建立联系。尤其是，3C消费电子行业对降低碳排放的急迫需求，以及低成本化能够带来的巨大经济效益。因而催生了这个新产业的发展——将金属废料转化成可3D打印的金属粉，特别是高价值的材料。

3D打印用金属粉回收再利用，国外已成气候

国内除了3R思锐，其它极少听闻过有类似回收再利用废料制备3D打印用金属粉的工艺和相关企业。但南极熊注意到，国外已经有非常成熟的企业出现：

1、美国6K Additive开发了一种微波等离子制粉系统UniMelt，可回收CNC碎屑废料、打印支撑和报废制件，仅仅用很少的气体与能源，通过微波控制雾化过程的电磁场，制备近乎*的球形粉，收得率高达90-95％。2022年5月获得了1.5亿美金D轮融资。

2、美国MolyWorks子公司Continuum，基于240千瓦的等离子体火炬和水平氩气雾化工艺，开发了紧凑型Greyhound移动方舱，可在金属废料的产生地，比如战场现场回收用过的弹壳、损毁的装甲、武器辎重等，并转化为优质的金属粉“Optipowder”。22年11月通过私募股权融资筹集3600万美元。

3、美国IperionX基于氢气辅助镁热还原法HAMR，将用过的钛粉或废料在闭环中连续进行氢化研磨—喷雾造粒—脱脂烧结—金属脱氧工序，生产出低成本、低碳环保的球形钛合金粉。2022年5月于美国纳斯达克上市，股票代码IPX，市值超18亿美元。

4、波兰AMAZEMET推出了基于超声波雾化金属粉末制备技术的Repowder设备系统，使用高强度超声波振动来喷射熔融金属，形成微小液滴，然后凝固形成球形金属粉，可使任何材料在无预先准备的情况下熔化并雾化，包括失败制件、条状废料、线材、棒材、粗粉等。瑞士EMPA研究所已基于Repowder系统，开展金属3D打印废件回收研究。

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