“中科宏钛”研发钛合金粘结剂喷射成形技术

　　近期，北京中科宏钛新材料科技有限公司（简称“中科宏钛”）联合北京三帝科技股份有限公司、北京科技大学联合研发了钛合金粘结剂喷射成形（BJ）技术，开发出多款高性能复杂结构钛合金产品，包括钛合金智能可穿戴表壳、表扣、眼镜支架等，TC4合金产品密度≥4.41 g/cm³、镜面抛光效果好、尺寸精度控制在±0.02mm、杂质含量低、力学性能优异。

　　中科宏钛突破了高性能钛合金粉开发、新型适配粘结剂设计及烧结致密化调控三大技术瓶颈。在材料端，中科宏钛基于自主研发的半固态球化制粉技术，开发出新型高松装密度（≥2.1 g/cm³）、高振实密度（≥2.9 g/cm³）、高流动性的钛合金粉末。通过调控粉末颗粒物理特性，提升粉末堆积效率与铺展性。同时开发了适配钛合金粉末的新型低氧氮高效脱除粘结剂体系，减少钛合金零部件中的氧氮杂质残留。此外通过烧结工艺调整和烧结助剂引入，实现致密化与晶粒尺寸的协同控制，最终制备出力学性能优异的近全致密细小等轴晶钛合金零件。以TC4合金为例，其致密度≥99.5%，平均晶粒尺寸≤25 um，抗拉强度≥1000 MPa，屈服强度≥900 MPa，延伸率≥15%，远超过ASTM B381锻造TC4合金标准。该技术将有力支撑钛合金在消费电子领域的规模化应用，为高端智能设备提供高效、灵活、可持续的先进制造方案。

图1所开发的BJ钛合金表壳零件

图2所制备的BJ钛合金烧结态微观组织及打印坯体

　　BJ技术工作原理是通过喷头在粉末床上选择性喷射粘结剂，将粉末逐层粘结形成三维坯体，随后通过固化、脱脂和烧结实现致密化，最终得到近终形金属零件（图3）。与MIM技术相比，BJ无需昂贵的模具，开发周期从数月缩至数天，颠覆小批量生产经济性；与SLM技术相比，BJ无需支撑结构，可自由构建复杂内腔，且避免热应力与开裂风险。此外，BJ原材料利用率接近100%，未粘结粉末可实现完全回收，材料体系兼容所有MIM适用粉末。生产效率上，BJ通过并行打印可单批次堆叠数万微小零件，兼具增材制造的设计灵活性与粉末冶金的规模经济性，为金属零部件低成本高质量制造提供全新方案。

1.粘结剂喷射成形过程

2.加热固化过程

3.打印生坯过程

4.烧结成形过程

图3粘结剂喷射3D打印技术原理（数据来源：金属加工mw1950pub）

　　中科宏钛是依托北京科技大学，由全国五一巾帼标兵、全国黄大年式教师团队核心成员、教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、国家优秀青年基金获得者、首都最美巾帼奋斗者路新教授以核心专利作价入股孵化的新材料高新技术企业，2023年获得国家高新技术企业资质认证。公司专注于新型高性能、低成本钛合金粉末及其成形技术的研发创新。针对增材制造（PBF、DED）、粉末注射成形（MIM）、热等静压（HIP）、冷喷涂（CS）等多种先进粉末成形工艺特点，原创性提出了“半固态粉末球化法”制粉新工艺。基于粉体工程学理论，中科宏钛科学建立了粉末流动性与保形性之间的平衡关系模型，有效突破传统原料粉末在复杂结构部件制造中的技术瓶颈，实现了高流动性、高保形性、高纯度以及粒径形貌可控的钛基粉末批量生产。目前，公司实现纯钛、TC4、TA15等多种牌号、氢化钛基粉末、氢化脱氢粉末、钛基复合材料粉末及坏料的稳定化生产，满足粉末注射成形、增材制造、粉末热等静压、冷喷涂等高端制造领域需求。此外，基于自研粉末及近终成形工艺开发的系列产品，已在航空航天、轨道交通、医疗器械、消费电子等多个高端领域实现应用，助力相关产业升级与技术创新。