陈海䶮：让3D打印不再“巧妇难为无米之炊”

记者 黄寿赓

人物简介：陈海䶮，工学博士，博士后出站。现为上海海事大学教授，创立华材（山东）新材料有限公司，长期从事3D打印技术研究。获第三届中国（济南）新动能创新创业大赛三等奖。

7月的济南骄阳似火，天桥区新材料产业园区中的华材（山东）新材料有限公司内的景象，同样热火朝天。充满科技感的装置正在运行，用于3D打印的球形合金粉由此产出。

上海海事大学教授陈海䶮是这项技术与装置的开发者，早在2012年，他就带领团队开始了研发，并在2019年成功研制出我国第一台规模化生产的感应等离子体球化装置，可将包括碳化钨、难熔金属、钛及钛合金粉在内的20多种合金材料制备成球形合金粉，破解了3D打印“巧妇难为无米之炊”难题。

2020年，陈海䶮带项目落地济南，并在第三届中国（济南）新动 能创新创业大赛中获三等奖。在济南资金扶持、专项服务的帮助下，项目发展不断提速，其产品在国内3D打印难熔金属球形合金粉市场所占份额超过70%。

多年攻关破解“球化”金属难题

“我们获奖的项目名叫‘射频感应等离子体技术生产3D打印球形合金粉’，听上去比较拗口，尤其是对于非专业人士来讲的确难懂。” 每次向人提及自己在中国（济南）新动能创新创业大赛上的获奖经历，陈海䶮总免不了要先把项目解释一番，“如果我们将题目中的几个名词拆解开，理解起来就容易得多。”

据介绍，3D打印又可称之为增材制造，是一种快速成型技术，能直接生产复杂形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，实现降本增效。同时，3D打印还能够制造出一些传统生产技术无法实现的零部件。

2014年开始，我国3D打印技术发展驶入快车道，并逐渐成为制造业发展的新动能。从全球范围来看，2022年全球3D打印市场达到180亿美元，预计2025年将达到298亿美元，复合年增长率为18.3%，增长迅猛。

“就如同传统打印机，打印总得需要原材料，若没有，那便是‘巧 妇难为无米之炊’。”陈海䶮说道，“3D打印涉及铺粉工艺，需要原料粉具有良好的流动性，为此对原材料的质量提出了较高的要求。简而言之，对于金属材料来说，用电子显微镜观察，其粉末应当是球形的，而我们的技术就是把不规则金属粉末球化。”

陈海䶮介绍，目前在金属粉末球化领域，主要的技术为气雾化和旋转电极法，但这些技术存在一定的缺点：“主要表现在细粉（小于45μm）制备困难，氧含量较高，粉体球形度不佳， 难以球化钨、钼、钽、铌等难熔合金粉等方面。”

为了破解球化技术难题，从2012年开始，陈海䶮便带领团队开始了技术研发，他的技术路径是使用射频感应等离子体技术实现金属粉末球化：“简单说就是我们设计线圈，然后让电流通过线圈，并且把频率调至射频范围，由此加热线圈内部注入的惰性气体，这种技术最高可把惰性气体加热至1万摄氏度，此时惰性气体处于等离子态，然后就利用这样的高温去融化金属并使其粉末球化。”

“对于这种技术，加拿大、英国等国家发展较快，国内我们项目处于领先。”陈海䶮说道，“整个研发我们也走了不少弯路，主要集中在功率、电子元器件设计等方面，但通过研发人员的多年攻关，最终一一解决，不少技术还获得了专利。”

到了2019年，陈海䶮的项目终于成果落地，他带领团队成功开发出了国内第一台规模化生产的感应等离子体球化装置，可将包括碳化钨、难熔金属（钨、钼、钽、铌、钒）、钛及钛合金粉在内的20多种合金材料制备成球形合金粉，填补了难熔金属球形合金粉规模化生产领域的国内技术空白，射频感应等离子体球化技术制备的球形合金粉达到国际先进水平。

公司成立两个月后便成功投产

衡量一项新技术是否成功，能否产业化是重要标准之一。国内第一台规模化生产的感应等离子体球化装置已经问世，陈海䶮还需要为其找一个合适的落地城市。

“虽然我们研发在上海，但项目想要落在上海比较困难。”陈海䶮说道，“上海制造业近几年也面临外迁，连宝钢这种企业都要外迁，更别提我们这种初创项目，况且我们项目对于电力消耗也比较高。”将目光从上海移至全国范围，陈海䶮又接触了苏州、青岛、济南等多个城市，“最初考虑即便不在上海也要离上海近点，所以考察了苏州， 但综合考量后觉得有点‘灯下黑’，近是近，但从项目长远发展来看，也不是很有利。”于是，他们继续将目光北上，最终锁定了济南。

提起济南，陈海䶮其实此前就与这座城市有了交集，早在项目研发阶段，来自济南的企业华科创投就曾对其提供支持，等到落地，陈海䶮更是发现了济南的诸多优势，“天桥区的新材料产业园基础设施配套十分齐全，同时济南区位优势也很明显，到上海只需要3个多小时的车程，人员往来非常方便。”

与济南接触之后，真正让陈海䶮下定决心的助推力还有济南的营商环境，“我与济南的招商团队初次相见在江苏的一个活动现场，一见面就被他们专业、诚恳的态度打动了。此后，我又专门来了一次济南，而后落地的相关事项迅速被敲定。”陈海䶮回忆道。

2020年5月9日，华材（山东）新材料有限公司注册成立，其间，天桥区配备“一对一”服务专员，跟进解决项目选址、落地注册等实际问题，给予配套支持经费。两个月后，公司便成功投产。

投产之后，项目产业化提速，成为国内唯一一家可以大批量供货的企业。“就在今年4月份，我们为上海的一家医疗器械企业供货1吨，用于CT机内部光栅3D打印制造。相对比而言，国内其他的一些技术尚处于中试阶段。”陈海䶮说道。

助推建立 3D 打印完整产业链

“首次知晓中国（济南）新动能创新创业大赛时项目还没落地。”谈及参赛经历，陈海䶮表示，这是济南优质营商环境的一个体现，“当时，济南市天桥区科学技术局的一位工作人员告诉我们9月份有这个大赛，提醒我们一定不要错过。”

项目上报之时，项目计划书等材料的撰写，也得到了天桥区招商团队的帮助。首次参加此类大赛，经验上的缺乏往往会导致计划书抓不住重点，梳理计划书的过程中，工作人员的帮助和建议可谓及时雨。

按照建议，陈海䶮又对计划书进行了调整，重点突出了技术门槛、团队形象以及未来的市场前景。“尤其是市场这块，我们此前一直在高校，对于市场不够了解，推广的思维也相对较弱，这些建议对我们非常有益。”陈海䶮笑着说道。

最终，陈海䶮的项目获得了第三届中国（济南）新动能创新创业大赛三等奖。

获奖之后，项目获得了济南市200万元、天桥区100万元的资金扶持。“所谓万事开头难， 很多都是难在资金上，尤其是像我们这种教师，自由资金也相对短缺，前期政府给予我们的资金扶持，帮助项目迅速走上正轨。”陈海䶮说道。

真金白银之外，陈海䶮更看中参赛以及获评相关奖项为其带来的无形资源。“一方面，大赛提升了我们在行业内的影响力，获奖不久，就有郑州的一家企业主动上门寻求合作；另一方面，企业的朋友圈也越来越广泛，这有利于企业做好成长性规划。”

据了解，随着3D打印进入主流应用，3D打印金属粉市场保持着高增长的态势，IDTechEx预测2025年3D打印合金粉将达到50亿美元的市场规模，复合年增长率39.5%。目前，华材（山东 ）新材料有限公司已经申请国家发明专利6项和实用新型专利21项，其中16项已获授权，出产的合金粉末已达到或超越国外进口同类产品，可满足3D打印在航空、航天、医疗、模具等军民领域应用要求，并打破国内使用的钨、钼、钽、铌等3D打印粉末完全依赖进口的局面。

随着企业发展壮大，陈海䶮也不再满足于上游金属粉制造，他表示，未来公司将突出自身技术优势，立足3D打印球形金属粉市场推广，兼顾拓展下游产业（3D打印金属结构件），形成3D打印完整产业链，促进济南地区相关产业的科技发展及产业链的建立。