當2023年第十六屆iCAN大學生創新創業大賽原創中國精英賽成績公布,“中國五強”“埃姆粉材”“鄭州大學”幾個關鍵詞赫然出現在獲獎名單上,參加比賽的“埃姆團隊”成員激動之情難以抑制。來自我校材料科學與工程學院,由郝振華、舒永春指導,牛作哲、張秀慶、張慧芳、陳育輝、高海韻團隊的《埃姆粉材:增材制造用高性能球形金屬粉末的研發與產業化》項目挺進中國五強、榮獲國家級一等獎,并代表中國隊前往日本京都參加世界總決賽,這也是學校隊伍第五次參加世界總決賽。
從耕耘到收獲,從山腳出發,一路向上,這份成績取得的背后是“埃姆團隊”漫長的付出和準備。
山腳:做好準備循夢行
所謂“埃姆”,即“增材制造additive manufacturing”的縮寫,埃姆粉材是球形金屬粉末的種類之一。增材制造,又稱“3D打印”或“快速成型”。如果把“3D打印”這種技術比作房屋建造,那么,他們所研究的這種粉末就是施工過程中的磚頭,通過一層一層“磚頭”的堆砌,一層一層地打印出所需產品。
隨著近年來金屬3D打印技術的迅速發展,作為關鍵原材料的球形金屬粉末的市場需求也日益旺盛。但國內傳統的球形粉末生產方法存在粉末質量差、金屬與粉末間轉換率低、生產成本高等問題。而高性能球形金屬粉末,尤其是難熔金屬粉末(由難熔金屬顆粒組成的粉末)的制備方法——等離子球化法的技術和裝備也被國外公司所壟斷。
為了提高產品質量,打破壟斷、實現3D打印用高性能球形粉末生產技術及裝備的國產化,材料科學與工程學院的舒永春教授和郝振華博士自2017年成立了“埃姆”科研小組,帶領學生團隊著手研究射頻感應等離子球化系統。經過6年的技術沉淀和設備改進,加上團隊新鮮血液的不斷注入,傳承至今,該科研團隊早已碩果累累。
現在團隊的五位成員是在2022年7月16日加入的,主攻“埃姆粉材研發與產業化”這一研究方向。收到iCAN賽事通知時,他們剛剛完成“挑戰杯”大學生創業計劃競賽,為了抓住這個不可多得的好機會,短暫調整后,他們就立刻投入到新的賽事中來。
有著之前“挑戰杯”打下的基礎,團隊負責人、材料科學與工程學院2021級博士研究生牛作哲帶領成員們分工協作,結合iCAN比賽具體特點和要求,對原來的項目“本子”進行調整,從歸納研究技術到撰寫商務報表,再到寫稿子準備答辯,每一個細節都摳到極致,每一個過程都認真對待。
山脊:迎難而上永無畏
世界上從來沒有一帆風順的事,通往成功的路上必定布滿泥濘。
iCAN大賽對參賽團隊的技術原始創新水平和作品的商業部分要求極高。埃姆粉材是一項將材料、冶金、化學等多方面結合的研究領域,團隊成員陳育輝是材料科學與工程學院2020級碩士研究生,由于本科時期專攻化學,他對一些關鍵理論知識的學習不夠透徹,掌握也不夠熟練,實踐操作中不斷遇到問題。此外,主要負責商業部分的高海韻是團隊唯一的本科生,在財務知識和計劃書制作經驗方面也都尚且存在欠缺。
為了團隊能以優秀的成果正式參賽,團隊成員們相互鼓勵打氣、補足各自短板。陳育輝犧牲了許多課余休閑時間,整日泡在書里,沉著心一本本查閱相關文獻,把每一處晦澀難懂的專業名詞標記出來,先通過查資料自己消化理解,實在弄不懂的地方就去向老師請教,他刨根問底的精神讓老師都為之感嘆:“科研就是需要這樣打破沙鍋問到底的人。”高海韻也“憋著一口氣努力生長”,在網上尋找相關知識的優質課程進行學習,并不斷模仿學習優秀策劃書的寫作,積極向經驗豐富的前輩請教。在一個又一個無人注意的夜晚,她默默追趕著大家的腳步。
2022年9月份,產品的營銷定位出現問題,商業報表和財務融資部分需要重新做,團隊成員們每天加班修改策劃書。2022年10月份,學校進入疫情封控狀態,他們無法經常進入實驗室進行實驗,整個項目又陷入了停滯狀態。
擔心學生們因為焦慮產生心理壓力,團隊指導老師郝振華隔三岔五就跟他們進行交流,給他們做心理疏導,排解他們心中的消極情緒。郝振華堅持以“大學老師不能只做教書匠,要做塑造學生品格的大先生”為目標來要求自己,不管成員們遇到任何難題,他都耐心解答、幫助,在學業、生活和心態上對他們進行指導和鼓勵。團隊像一個大家庭一樣,大家互相做彼此的后盾和底氣來源,共渡難關。
山巔:臻于至善覽萬景
“埃姆”團隊的五位成員深受郝振華老師樂觀態度的感染,每個人都活力四射。每當遇到困難,他們始終堅信自己能行,積極思考如何去邁過這道坎。他們互相感染、鼓勁,在科研的過程中給予彼此向前的動力。在這種樂觀和自信的加持下,他們一路走過了許多困難時刻。
但賽期臨近時,新的難題再度出現:iCAN比賽的參賽作品對商業化部分關注較多,商業化產品一般針對特定產品,以單臺設備、單條流水線為前提進行規劃。但他們團隊的粉末產品類型十分多樣化,單一生產線不好投入生產,且難以規劃年產量,產能有限,在商業競爭方面存在較大劣勢,無法達到團隊理想中的效果。
為了作出更好的展示,他們毅然決定重新制定銷售策略。考慮到課題組的研究背景和指導老師的研究課題都與鎢、鉬、鉭、鈦這幾種稀有金屬相關,團隊建立了以球形鈦合金粉末、球形鉬粉、球形鎢粉、球形鉭粉這四種粉末為核心產品的生產線。
一直以來,國內3D打印技術的發展都受到打印精度的限制,而要想提高打印精度,就必然要從原材料著手。埃姆團隊這四大“拳頭產品”的出現,為填補國產高性能球形粉末領域的空白提供了可能。作為國內少數能做到產品與國外同等甚至更高質量的團隊,“埃姆”團隊充分發揮自身設備先進、技術成熟的優勢,把準備重點放在商業部分。
2023年3月份,對于即將到來的iCAN國際創新創業大賽國際總決賽,成員們笑著表示,他們會盡全力將自己的作品完美展現出來,然后以樂觀的心態去接受所有的結果和反饋。時光不負有心人,在2023年5月份的國際總決賽中,“埃姆”團隊拿下“最佳貢獻獎”。
目前,“埃姆”團隊已通過自主研發設備實現了多項高性能球形粉末的生產,這將填補我國在等離子體球化設備和技術上的空缺,有效地縮短工期、節約成本,為我國增材制造原料制備技術打破國外封鎖、形成獨立裝備技術體系奠定一定的基礎。
團隊成員在特定的方向專注深挖,一點點拓寬專業領域和學術視野,不斷提升自身能力。在科研的道路上披荊斬棘,團隊內每一位成員都獲得了巨大的成長。第一次答辯雙腿都在發抖的張秀慶現在能夠面不改色應對評委的任何問題,第一次書寫項目書磕磕絆絆的牛作哲現在對整個項目各方面了如指掌……就像牛作哲說的那樣“比賽只是一個最終結果的輸出”,“埃姆”團隊在這之前的漫長準備過程中所付出的辛苦和努力,遠遠比他們最終的結果更絢麗多彩,更值得去欣賞。
科研工作磨人心性,重復無數次的數據計算,日復一日的設備操作和參數調節,科研這條路漫長且艱辛。積硅步,行千里,“不畏真理無窮,進一步有進一步的歡喜”,這是對“埃姆”團隊成員最好的描述,也是獨屬于科研人的浪漫。(王一迪 張涵韻/文 圖片源于受訪者)

團隊共同討論實驗參數

張慧芳在操作電源

張秀慶和陳育輝在調試設備