3D打印與粉末冶金的創(chuàng)新結(jié)合,，升華三維PEP技術(shù)支持金屬,、陶瓷材料

南極熊注意到,，3D打印將顛覆制造業(yè),，曾成為很多重塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展擁躉的共同信仰,。但是國(guó)內(nèi)發(fā)展十多年,，3D打印依然存在工業(yè)制造上的成本,、效率難題。全球范圍內(nèi)金屬3D打印技術(shù)主要分為兩大陣營(yíng)：直接金屬3D打印和間接金屬3D打印,。其中,，直接金屬3D打印是將金屬材料直接打印成金屬件，而間接金屬3D打印是通過粘合劑等將金屬材料打印成型,，然后將粘合劑去除掉,，最終得到金屬件。

目前直接金屬3D打印技術(shù)主要是采用昂貴的激光或電子束或等離子作為輸入熱源來(lái)直接燒結(jié)或者熔化金屬粉末或其混合物進(jìn)行逐層疊加打印制品,。主要有選區(qū)激光燒結(jié)/熔化（SLS,、SLM）、電子束選區(qū)熔化成型（EBSM）,、直接金屬激光燒結(jié)/沉積（DMLS,、DMD、LENS）,、快速等離子體沉積（RPD）等技術(shù),。共同技術(shù)特點(diǎn)就是打印與熔化一體、同時(shí)獲得產(chǎn)品形狀與性能,。缺陷在于激光器等設(shè)備及材料價(jià)格高昂,，可滿足工業(yè)化生產(chǎn)的打印材料有限，運(yùn)營(yíng)成本高,；點(diǎn)線成型算法復(fù)雜,、打印速度慢、工藝開發(fā)難,；工藝復(fù)雜難以控制,、產(chǎn)品性能不一致。

△直接3D打印技術(shù)

一,、PEP技術(shù)
由升華三維推出的“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)——粉末擠出打印技術(shù)（Powder Extrusion printing,，PEP）。有別于利用高強(qiáng)能量束燒結(jié)或熔化金屬等材料,，同步獲得產(chǎn)品形狀和性能的直接3D打印技術(shù),，PEP技術(shù)是將打印與脫脂燒結(jié)分開、分步獲得產(chǎn)品形狀與性能,。

△間接金屬3D打印

PEP技術(shù)創(chuàng)新性地通過3D打印實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的控制和成形,滿足金屬/陶瓷零件的個(gè)性化定制,。通過3D打印實(shí)現(xiàn)無(wú)模具化的模型制備，節(jié)省了模具開發(fā)的制造成本和時(shí)間成本,。PEP技術(shù)同時(shí)也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)激光3D打印的效率缺陷與尺寸限制,，成本更低，正快速挑戰(zhàn)著激光在金屬粉末材料方面直接打印的應(yīng)用,，成為金屬零件批量打印的重點(diǎn)技術(shù),。

二、技術(shù)特點(diǎn)
PEP技術(shù)利用了已發(fā)展超過30年,、并大規(guī)模應(yīng)用于電子3C,、汽車、醫(yī)療,、軍工航天等領(lǐng)域的金屬·陶瓷粉末注射成形技術(shù)（PIM）,。兩者工藝流程有很多相通之處，結(jié)合3D打印對(duì)材料的控制和成形,，實(shí)現(xiàn)最終的金屬·陶瓷零部件個(gè)性化定制化生產(chǎn),。在得到具有一定密度和強(qiáng)度的生坯后，利用粉末注射成形技術(shù)的相關(guān)工藝對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行脫脂和燒結(jié),，獲得性能一致且優(yōu)良的產(chǎn)品,。

△粉末注射成形工藝流程

△PEP技術(shù)工藝流程

1、3D打印成型
基于PEP技術(shù),，金屬顆粒通過3D打印機(jī)擠壓和逐層堆積,，按照你的設(shè)計(jì)，生胚被一層一層地打印出來(lái),。3D打印通常適用于原型測(cè)試,、復(fù)雜的幾何形狀和小批量生產(chǎn)。一般來(lái)說(shuō),，我們自主研發(fā)的Uprise 3D打印機(jī)可以打印從金屬到陶瓷的多種材料,，打印性能穩(wěn)定和精確高。打印成型后,，生胚需要進(jìn)行脫脂和燒結(jié)過程,。

2、脫脂
脫脂的作用是從3D打印生胚中去除大部分粘結(jié)劑聚合物,。脫脂過程相對(duì)簡(jiǎn)單,，將生胚浸泡于適量的脫脂劑里一段時(shí)間。脫脂工藝包括水脫脂,、溶劑脫脂和催化脫脂,。一般來(lái)說(shuō),，我們的脫脂劑采用溫和的草酸而不是硝酸，更環(huán)保,，更安全,。此外，我們的脫脂爐可批量處理,，操作簡(jiǎn)單,。一旦粘結(jié)劑聚合物被去除，該部分被稱為棕胚,，被送去燒結(jié)得到致密的金屬部件,。

3、燒結(jié)
為了獲得最終的金屬部件,，燒結(jié)工藝是必須和關(guān)鍵的,。燒結(jié)條件需要在真空氣氛和高溫下進(jìn)行。燒結(jié)爐可批量加工,，性能高,，操作簡(jiǎn)單。通過燒結(jié),，殘余的粘結(jié)劑聚合物首先在適當(dāng)?shù)募訜釡囟认卤蝗コ�,。�?dāng)溫度升高到金屬粒子的熔點(diǎn)以上時(shí)，這些粒子開始熔化并增長(zhǎng)到密度達(dá)到幾乎98%,。值得注意的是,，在燒結(jié)過程中，由于粘結(jié)劑聚合物的去除和金屬顆粒的生長(zhǎng),，會(huì)發(fā)生收縮,，但收縮率是恒定的。金屬部分將按比例放大,，以補(bǔ)償在三維建模步驟中的收縮,。燒結(jié)金屬部件具有良好的力學(xué)性能，可用于各種工業(yè)用途和應(yīng)用,。

4,、后處理
燒結(jié)的金屬部件是完全致密的，可以隨時(shí)使用,。但是,，當(dāng)需要更好的外觀時(shí)，可以使用拋光和涂層等后處理方法,。通常,，數(shù)控銑削是為了獲得更好的精度。所有這些方法都是全面的,，成本是可以承受的,。

三,、技術(shù)優(yōu)勢(shì)

• PEP技術(shù)為粉末冶金行業(yè)數(shù)字化賦能，解鎖3D打印在粉末冶金領(lǐng)域的應(yīng)用,，釋放粉末冶金的潛能,。主要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括以下方面：
• 可利用粉末注射成形成熟穩(wěn)定的技術(shù)體系,，材料體系廣泛,、產(chǎn)品性能一致性好
• 與直接3D打印技術(shù)相比，打印設(shè)備,、材料及打印成本更低,，成形精度高，更有利于3D打印應(yīng)用的推廣及普及
• 打印產(chǎn)品性能達(dá)到粉末注射成形及鍛件水平
• 綠色環(huán)保,，打印材料可循環(huán)利用,，有效利用率高
• 低成本的金屬/陶瓷復(fù)雜產(chǎn)品定制化、批量化生產(chǎn)解決方案
  

四,、支持的材料體系
從不銹鋼,、模具鋼、銅及銅合金,、鋁合金,、高溫合金、鈦合金,、難熔金屬等金屬材料,，到氧化鋯、氧化鋁,、碳化硅,、氮化硅等陶瓷材料，幾乎無(wú)止境的潛在材料清單為3D打印大規(guī)模進(jìn)入應(yīng)用市場(chǎng)創(chuàng)造有利的客觀條件,。

△南極熊展會(huì)拍攝升華三維間接金屬3D打印展品