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创·问|航科新材徐辉:做高端金属微球材料研发、制造和应用一体化解决方案的全球领航者

文章来源:   发布日期:2023-12-19

优秀的企业长什么样,成功的牛人都有哪些特质?在他们的奋斗路上,有哪些需要注意的“坑”,最重要的改变是什么? 

创·问 向一些优秀的华创派、投资人、业界牛人抛出问题,也希望分享他们的想法给你。 

本期主角是航科新材创始人、董事长徐辉博士。航科新材专注高端金属微球材料的研发、制造和产业化,是国内少数有能力直接生产钨、钼、钽、铌、锆和稀土等高熔点金属粉末的公司之一。

近日,华创资本在天使轮独家投资了航科新材。

从读博到创业,航科新材创始人徐辉一直试图走出一条不同于常人的路径。 

博士阶段,当别人忙着创造新概念、发论文时,他一头扎进实验室,希望做出真正有用的研究;创业时,他希望公司的产品能真正解决核心问题,让市场买单,而不是单纯追概念,他甚至立了创业信条——不亏心,得让自己睡得着。 

创业的伏笔早就埋下。 

十年前读博时,徐辉曾经研发一种难熔金属材料加工的新型方法——“电弧微爆加工技术”,用它加工难切削金属材料时,他无意间发现加工后的废料是一个个“小球”,研究过后也没有太在意。直到几年后,徐辉接触到3D打印领域,才发现其原材料和当年实验扔掉的废料“小球”重合度非常高。 

2017年在中科院博士后出站后,徐辉想把创业的念头落地,但因为学机械出身,担心对材料了解不够,直到他做出第一代“电弧微爆制粉技术”的工程样机,创业的决心才正式下定。2019年10月底,航科新材成立,在国内外首次提出了电弧微爆制粉技术,研发出的金属粉末产品,性能指标完全超过国际标准,还在微球喷丸、微球抛光、金属药芯焊丝、等离子熔覆、激光熔覆、热喷涂、冷喷涂、3D打印等行业领域获得市场认可。 

此外,这些产品不仅填补了国内在高端球形金属粉末领域的空白,更解决了一项制约我国工业发展的“卡脖子”技术。 2020年,《科技日报》曾报道制约我国工业发展的35项“卡脖子”技术,其中第25项就是关于微型球形粉末的制备。 

中国是全球制造业大国,金属粉末在电子、汽车、航空航天、新能源、医疗等领域应用空间广阔,叠加产业升级和进口替代,我国金属粉末市场规模有望进入加速扩张阶段。 徐辉在近日接受「创·问」编辑部专访时表示:“我们的目标是成为高端金属粉末材料研发、制造和应用一体化解决方案的全球领航者。” 

全文分享如下:

Q:华创资本

A:航科新材创始人、董事长徐辉博士

Q1:如何理解航科新材的核心产品以及价值所在?

徐辉: 航科新材的核心产品是金属微球,产品来源于独有的电弧微爆制粉技术。我们立志成为全球首家生产高品质工业丸料的公司,产品在性能、价格上都优于同类产品。 

我们有三大类核心产品: 

第一是电弧微爆制粉设备,这是基于公司100%独立自主开发的核心工艺算法发展而来;第二是微细球形金属粉末,目前开发的粉末有二十多种,分属不同系列且可以进行混粉组合,有完全的竞争优势,可以实现进口替代;第三是与金属粉末材料、工艺完全匹配的应用设备,如喷丸设备、抛光设备、等离子熔覆设备、激光熔覆设备和热喷涂设备,从性能到价格,我们都具备优势。 

航科新材金属微球及应用的商业模式概览 

商业层面,作为金属粉末生产商,航科新材致力于建立微细球形金属粉末产品的上中下游全产业链的独特商业生态:与上游原材料供应商寻求建立以“固废金属高效、高质和全绿色再生”为主的合作模式;与重点金属粉末生产商建立以“电弧微爆制备金属粉末的核心设备与工艺”为中心的合作模式;在下游材料应用端,与增材制造设备商寻求更多合作,为增材制造技术需求客户、为增材制造制成品终端用户提供“设备+材料+工艺”的整体解决方案。最终达成“特殊金属粉末联合新兴产业关键设备以提升终端产品性能和竞争力”的商业目标。(新兴产业主要指3D打印、激光熔覆、等离子熔覆、热喷涂、冷喷涂、粉末冶金、金属注塑成形(MIM)和微球喷丸等领域。) 

价值层面,公司材料主要应用在关键零部件延长使用寿命的表面工程,这对于国家而言是急需,其中最薄弱的就是部件寿命问题,比如国产车,经常出现断轴、发动机异响等问题,原因就在于没有对关键零部件的可靠性做控制,高铁、飞机上的零部件亦要进行此类控制。而这方面做得好的日本、德国,他们的诀窍就是“表面处理”。 

(编者注:表面工程是经表面预处理后,通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理,改变物体表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态等,以获得所需要表面性能的系统工程。材料的疲劳断裂、磨损、腐蚀、氧化、烧损以及高温损伤等一般都是从表面开始,由此带来的破坏和损失非常惊人。) 

而我们基于钨合金微球材料研发的微球喷丸技术,可以针对表面工程做有效且低成本的处理,提高零部件的使用寿命。 比如微球喷丸可以提高飞机机身表面面积,增强附着力,从而改善氧化腐蚀等问题,也可以去除汽车车身表面的污渍、锈斑和附着物等,应用到汽车的清洁方面。 

影响零部件寿命的有磨损、冲击、高温、腐蚀、疲劳五大问题,这些共性问题导致了巨大的成本。相关资料显示,仅仅是磨损失效,给工业国家带来的损失就达到国民生产总值的 6~10%。我国机械工业每年所用的钢材,约有一半是消耗在备件损耗上。 例如,每年仅在工程机械领域截齿的损耗量大概就有4000万个,如果将寿命提高1倍,损耗量从4000万个变成2000万个,按照每个截齿200元来计算,每年可直接节约40个亿。这个市场有着巨大的商业价值,甚至社会价值。 

Q2:2019年,你为何会选择创立航科新材?彼时看到了哪些机会?

徐辉: 2015年博士毕业后,我去了中国科学院深圳先进技术研究院,做过金银首饰刻花机、机器人等项目,有不错的经济效益,加之深圳浓厚的创业氛围,那时候就萌生了创业的念头。 

后来机缘巧合去了深圳航天,心里想着还是要做点突破,那期间我争取到一笔资金,重启了博士时候的课题,还做了一个智能机床项目,得到几家军工院所的认可,但可惜不适合民用无法进行市场化推广。 

恰逢那时我接触到3D打印,发现打印所用的原材料“似曾相识”。读博时我的研究课题是“电弧微爆法”,实验过程中曾无意发现加工后的废料是一个个“小微球”,这引发了我的好奇心,就研究了球的颗粒大小和分布,但由于当时心思都在技术改进和设备制造上,这些“小微球”就暂时搁置了。 

后来认识到3D打印使用的原材料不仅成本高,性能也不好,而我之前独有的技术刚好能解决这个问题时,创业的念头再度被唤醒。到了2019年10月,深圳航天内部有一个创业的契机,我决定抓住机会再拼一把,就这样成立了航科新材。 

Q3:为了创业你还做了哪些准备?是否经历过一些艰难时刻?

徐辉: 虽然我一直有创业的想法,但若放弃自己擅长的机械制造,跨专业跨领域到材料学,下定决心往前迈那一步其实并不容易,也遇到不少坎儿。 

当时项目能在内部申请到资金,再加上我的工资,应该可以养活十几个人的团队。 但在我看来,做研发实验,如果只拿项目但没有创造真正有市场价值的东西,那它就不是一个好的技术和产品。 

为了研发产品,公司成立后的两个月我疯狂地进行各种尝试。航天科工的领导对我的进展很关心,每次在我实验室待的时间都很长,他们也意识到这项技术能解决行业存在的痛点问题。 

产品渐趋成熟后,市场化和量产却遇瓶颈。出于让公司更市场化的考量,我开始寻求外部的融资机会,没想到处处碰壁。因为我们做的是前沿材料,前沿就意味着颠覆性创新,还不具备规模化生产的条件,遇到困难也是必然的,所以很多时候需要我们自己先教育客户、培育市场。再加上我们生产这种材料的方法是独有的,很多投资人还是习惯用旧有的参照体系来看待我们,就导致大家在逻辑、模式判断上有各种分歧和不确定。虽然见了很多投资人,但始终“知音难觅”。 

公司账面上的“余粮”越来越少,我内心开始有些摇摆,我们的核心设备虽然很多行业外的人不了解,但很多高校的教授都在积极关注,包括一些大军工企业,愿意花一两千万买这些设备。在遇到华创之前,我已经开始想如果实在撑不下去,就卖核心设备先确保活下去。 

但幸运的是,今年遇到了华创,不仅认可我们的技术、商业前景,还愿意和我们一起长期深耕行业。最关键的是,华创帮我们梳理清楚了公司的股权架构,让我可以没有负担带领公司继续往前走。 

Q4:目前团队核心的技术壁垒是什么?主要攻克了哪些技术难题?

徐辉: 公司的核心技术是“电弧微爆制粉方法”,这种技术在国内外由我们首次提出,也获得了国内和国际专利。它的原理是采用断弧机制,控制电弧放电过程,形成电弧微爆作用,加速熔融材料的排出,促使粉末颗粒的细化、球化、非卫星化。 

电弧微爆法是一项从0到1的全新技术,因为过去传统的金属粉末制备技术主要是雾化法、等离子球化法和旋转电极法,这些方法生产出来的粉末要么品质有限,要么成本极高。 相比之下,电弧微爆制粉技术具有生产效率高、原材料选择范围广、对工件形状无要求的优势,生产出的粉末成本低、球形度高、卫星球少,能大规模应用于微球喷丸、粉末冶金、热喷涂、3D打印等领域,有广阔的应用前景。 

此外,我们还研发了钨金微球喷丸技术,通过压缩空气(>0.6MPa)将钨金微粒子球丸(0.02~0.3mm)高速(100~250m/s)喷射,从而冲击被处理材料表面,形成硬度很高的表面冷作硬化层,能快速提升产品性能。 

传统的金属粉末以铁基粉末和铜基粉末为主,但随着粉末冶金工艺的升级和新能源、航空航天等领域需求的爆发,其他金属粉末近几年也快速发展,尤其是金属 3D 打印等技术的崛起带动了包括钛粉、铝粉、镍粉、钴粉、锡粉、铬粉在内的其他金属粉末百花齐放。 而我们是国内少数有能力直接生产钨、钼、钽、铌和稀土等高熔点金属粉末的公司之一。 比如钨金的熔点比较高,现有的雾化法做不出来。因为雾化法需要熔炼,而钨的熔点达到3400摄氏度,很难熔炼。 目前,市场上主流的售价千万级的雾化设备做不出来、或者做出来的成本极其高,但我们的设备不但能高效地生产出来,而且生产成本也很有竞争力。 

现在我们上游原材料 60% 使用的是再生料,这是一个很好的 ESG 减碳行为。而且我们这种减碳和现有的用酸萃取法、锌浸法的化学萃取方法不一样,整个过程没有三废,生产噪音也比较低。 

综合来看,电弧微爆技术的最大优点就是能够低成本去制备高品质的球形金属粉末。只有实现低成本,才能大量地走向工业化,不然只能停留在学术研究阶段。因此,这是一项可以迅速实现工业化和规模化生产制造的颠覆性技术,能给客户创造巨大的价值。 

Q5:非材料专业出身,反而做出了创新的前沿材料,你觉得自己做对了什么?

徐辉: 看似是“无心插柳柳成荫”的事情,实际上都源于价值的正确和长期坚守。我其实一直有一个理念:对于科研,最牛的事儿不是发多厉害的论文,而是能把产品创造出来,让它落地卖钱,产生商业价值,这才是真正的创造力。 

我在读博阶段研究电弧微爆法时,大家都想着发论文,我却特别渴望那个方法能变成一个可以用的设备,这对博士来说似乎有点“low”,因为仅仅做出一个设备,可能研究价值并不大。当时如果我把一些算法整合应用到设备上,其实就可以博士毕业了,但我觉得应该追求更多收获。那时在电火花加工行业里,大家都避免用电弧放电,因为能量不好控制。之前我看过前苏联有这样的技术,但由于几个问题没解决就没走通,我们就想沿着他的思路逆向再试试。记得那是2012年临近过年时,我还泡在实验室里,终于验证了判断是正确的。这是一个突破性的创新,我们成功申报了国家重点课题,也为我今天的创业打下了技术基础。 

我虽然学的不是材料,但决定创业前疯狂看相关文献补齐了短板,再加上我过往学习的机械、自动控制、软件开发、等离子物理等专业,这些跨学科的背景让我的知识面更广,研发过程中也能少走弯路。 

Q6:从研发和应用层面来看,航科新材的技术壁垒打造已经到了哪个阶段?

徐辉: 目前我们这一代的产品已经比同行领先了五年以上,主要有四个方面的原因: 

第一,我认为技术本身就有很深的壁垒。 我是学机械出身,从2011年开始做电弧微爆加工,到现在已有12年。在过往的经历中,我做过机器人、工业数控机床软件,这也是我们国家“卡脖子”的领域。这里面仅仅是物理现象都需要对高能物理有深度的理解,否则很多东西都看不明白。 

第二,设备、工艺都是自主研发,这也有很高的门槛。 我们已经获得了5项PCT国际专利,20项发明专利、10项实用新型,这些都是基于过去十几年的技术攻关,我当时疯狂试各种材料后选择了难熔金属,但别人通常都做不了,或者做出来也很贵,我的优势就是不仅能做出来而且还降低了成本。 

第三,做材料需要踩坑,材料生产工艺对于产品品质的影响非常大。 这个过程中会涉及到很多难题,很多坑,就算别人想要模仿,有时候有些坑不一定能踩过去。这不是一个已经在应用的技术的延续,而是需要推翻原有技术来做创新。我们了解到很多人都对这个新的材料非常感兴趣,但大多还停留在实验室研究阶段,而我们已经能做成工业级的产品。 

第四,我们的产业链拉得够深,从原材料、生产设备,到下游应用,最终延伸到客户,形成了材料、工艺和设备一体化的解决方案。 这是一个新材料,客户拿到材料以后需要摸索工艺,如果用原有的使用思维效果肯定不好,只有把材料使用好,客户才会真正接受我们。 

在我看来,驱动解决问题的关键还是在于人,大家可能会想着模仿国外的材料,但至于怎么解决实际的问题,并不会仔细琢磨。但我们还是围绕着客户的痛点来,知道 Know-How,再去设计解决方案,在这方面,我们扎得非常深。 

目前,我们还在开发下一代气雾化的电弧微爆技术,这也是我们的“秘密武器”。 

Q7:航科新材的典型用户和核心场景是?产品下游应用的主要场景有哪些?

徐辉: 金属粉末常通过传统粉末冶金、注射成型、增材制造等工艺生成结构件或功能件,也可直接应用于各行各业。 目前,航科新材主要聚焦在高端齿轮、刀具、模具三大领域。 

按照公司明年的规划,我们设定攻下4~5 个专项领域,称之为“拔钉子”,比如机器人减速机、滚刀、齿轮等等。 拔下一个领域的钉子,可能就有大几千万甚至上亿的市场收获。 

此外,明年在新能源车、机器人、医疗器械等新兴领域我们也会发力,传统领域如钢厂、石油钻井、矿山煤矿开采等,我们已经很成熟,也证明了产品比国外的好三倍,接下来要做的就是把经验推广开来。 

至于下游的应用,随着粉末冶金技术的不断发展及下游应用领域的持续扩张,我们延伸的领域其实有很多,如水泥装备、钢铁冶金,甚至农机机械,此外还有齿轮、轴承、连杆、弹簧、螺纹螺栓等基础零部件,借助于我们的技术,这些领域产品的性能会有一个极大地提升。 

Q8:航科新材与不同产业的客户合作模式是怎样的?

徐辉: 我们和客户的合作模式主要有三种:第一种是提供快速修复和应急保障的服务,如果客户量少,但附加值比较高,那我们会就地建服务站提供服务,这种模式利润相对丰厚;第二种是提供设备、材料及工艺的完整解决方案,通常我们的材料和设备是一起销售的;第三种是销售高品质金属粉末。 

我们做的是新东西,所以前期还是要多尝试,多趟浑水,不能通过想象判断这个东西是不是可行,需要实地试用并测试。面对客户,要着重讲清楚我们产品能给对方解决什么问题。 前期给客户打样测试的成本不高,关键看客户对问题的反馈。 如果对方反馈比较积极,我就把它划分成正向领域,持续跟进、解决“准客户”的关键痛点,最后化“准客户”为“真客户”。 

创业以来我一直在一线跑市场,也在不断学习该如何定位我们的材料,如何撬动客户,以及怎么打出差异化。做市场不仅要洞察痛点难点,更要洞察人心。所以针对不同行业、不同类型的客户,我们会有不同策略。 比如把目标锁定在那些“有追求”的老板身上,因为他们年轻有想法,也愿意尝试新的产品去做变革。而有些客户的诉求是打造竞争力,还有的想要降本增效,所以要“对症下药”。此外,对于那些买单意愿强烈的大公司,选对时机反而更重要。 

Q9:拓展客户的时候有没有遇到困难?如何让他们接受航科新材的产品?请分享一个案例。

徐辉: 我们做的材料相对前沿,缺乏参照物,无论是推广至新的领域还是替代旧有的材料设备,教育客户的成本都很高,因为你需要给客户当面测试,告诉他你的优势是什么?能解决什么问题?客户使用过程中如果出问题,还要去帮他调整。 

最初我们想过只卖材料给客户,但由于材料有自己的特性,有时和客户旧有的设备并不匹配,若出了问题客户往往会归咎于材料,所以我们后续逐渐建立起以材料为中心的一系列配套服务。 

目前与我们初步达成合作的客户当中有一家世界五百强企业,它旗下有一个工业机器人项目,对于工业机器人来说,最核心的零部件就是控制器、伺服电机和减速机,其中减速机是技术壁垒最高、成本最大的一个,它一般又分为三种:RV减速机、谐波减速机和行星减速机。过去,减速机有70%以上是日本公司制造的,这是一个回报很丰厚的行业,当下也正处于进口替代的关键时期。 

这个企业的机器人采用了谐波减速机,它的技术难点主要体现在柔轮疲劳寿命和加工精度上。而我们的微球喷丸技术可以应用于精密传动部件的谐波齿轮的表面强化,能有效提高零部件的抗疲劳强度和使用寿命。 

2022年年中,他们对我们的产品进行考察后,把我们的方案作为了备选,当时一同竞争的还有一家日本企业和一家国内的企业。正式立项后,三家公司的产品需要每个月测试一次,其实一开始,我们的产品效果就已经胜出,但有一些小问题还需要不断完善。每个月打一次样,我们就能前进一步,就这样测试了六个月,客户在日本企业和我们中做选择,因日本团队不开放工艺,而我们可以积极响应客户的需求并配合开发新产品,客户最终选择了我们。 

在购买了公司的一台设备后,客户发现我们的技术不仅可以应用到机器人,还能解决企业其他产品的问题,于是计划把我们的产品全面导入他们的零件中。 

这样的商业合作对一家创业公司而言是很大的鼓励,在国内,机器人减速机已经有一百家做得比较成熟了,一个标杆客户用了我们的产品就有上百万的收入,如果我们攻克这个细分市场三分之一的企业,就是巨大的市场。 

Q10:近几年,金属粉末的行业整体发展态势如何?有哪些新的机会?行业格局上,有哪些新的参与者?

徐辉: 100 多年来,金属粉末行业主要被欧美日俄等发达国家的龙头企业垄断,中国企业普遍是 2000 年之后才开始在金属粉末领域布局和发力。但近几年中国金属粉末企业快速崛起,在多个品种、多个领域进行国产替代。 

从全世界来看,微球材料里做得最好的是北欧,有的企业已经做了一百多年,但因为这个材料最早应用于采矿机械的工程机等方面,所以需求已经不是很大。而日本在微球材料里面,已经没有特别强的存在感。 

在国内,有一家中外合资企业——肯纳司太立金属(Kenna metal -stellite),它隶属于美国上市公司肯纳集团,是全球top的难熔金属材料公司,和赫格纳斯、山德维特等齐名。但它们也不算是我们的竞争对手,因为大家做的材料领域不一样。 

现在金属粉末领域新进入的参与者,要么是国企一类的大集团,要么是高校教授提供技术或设备,但真正能产业化、上规模、超过一两亿的并不多。目前彼此间还没有什么正面竞争,更多是互补关系,因为有的做钛,有的做铝,有的做铜,我们主要做钨钼,针对难熔金属市场走差异化的路线。 

金属粉末广泛应用于汽车、航空航天、电子、机械和建筑等领域,在产业升级和绿色制造的大时代背景下,各领域对高精度和轻量化组件的需求在快速增长。 比如汽车和航空航天在提高对轻量化零部件的需求方面走在前列,传统的生产方法无法生产这种轻量化且高精度的部件,但先进的粉末冶金工艺,如金属粉末增材制造(3D 打印)等工艺能以相对较低的生产成本高效地生产此类非标组件。 

此外,传统行业又需要金属球,或者接近球型,只有这样流动性才会好。有位工程师告诉我她一辈子都在想办法把钨合金用简便的方法做成球,但始终没有成功,因此特别感谢我们。所以目前除了航科新材,别家很难做到。 

3D打印是一个前沿领域,又有极大的商业价值和市场想象空间,我相信行业很快会发展起来,这也将有助力于我们的发展。 

Q11:刚刚完成的融资,将主要用于支持公司哪些方面的发展?接下来公司的规划是怎样的?

徐辉: 刚刚也提到,新材料需要做测试等市场教育工作,而对于一个新客户,我们可能只有两三次机会,所以在售前要做好充分准备。未来我们将不断扩充商务能力,打造一支以技术支持为主、以对外合作为辅的销售团队。公司生产的新材料需要做测试、理化分析、实机试验等一系列市场教育工作。因此,我们要寻求与高校、军工企业、地方院所的紧密合作,不断地尝试产品的应用深度和广度,以修正产品在应用过程中的问题,提升首试的命中率。 

未来,公司还要快速塑造品牌能力,微球喷丸技术可以应用到手术刀、医疗器械、医疗装备等核心部件里,还能在新能源领域获得巨大市场回报。 但我发现很多时候客户没买单的原因不是技术不行,而是品牌力还不足以影响客户决策。 所以,让客户遇到关键问题就优先想到航科新材,让我们的产品能真正去解决问题,而不仅仅只是解释客户的种种疑惑,这样才能创造出最大的商业价值。 

未来希望公司的核心产品的产值每年将翻一番,三年以后立志成为金属粉末行业里的标杆。做高端金属微球材料的研发、制造与应用一体化解决方案的全球领航者——这是我们创业的愿景和期望。 

 

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