從“粉末冶金”進(jìn)階，看粉末擠出3D 打印技術(shù)如何賦能

來源：升華三維

從“制造”到“智造”,，是全世界人類的夢(mèng)想和追求,。如今，隨著智能制造系統(tǒng)的演化和先進(jìn)制造業(yè)的快速發(fā)展,，關(guān)鍵材料和核心部件成為制造產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵增長點(diǎn),，各種先進(jìn)的零部件成形技術(shù)也正在奮力抓住這一機(jī)遇,，綻放光彩。

粉末冶金制造技術(shù)借助節(jié)能節(jié)材,、綠色環(huán)保和效率高,、精度高等優(yōu)勢(shì)，被業(yè)界公認(rèn)為是一種綠色,、可持續(xù)的制造工藝技術(shù),。近年來，隨著信息技術(shù)與制造業(yè)的進(jìn)一步深度融合,，各種前沿的3D打印技術(shù)也正在煥發(fā)活力,，并獲得蓬勃發(fā)展。

1,、粉末冶金工藝的關(guān)鍵特點(diǎn)
粉末冶金技術(shù)集制粉,、成形、燒結(jié)等多重工藝于一身,，具有低成本,、高效率、少（無）污染等顯著特點(diǎn),。同時(shí)其作為增材制造（3D打�,。┑闹匾�成型工藝，是中國制��2025的重要一環(huán),。

根據(jù)配方不同,，粉末冶金零件的抗拉強(qiáng)度在170~1200MPa之間，相比傳統(tǒng)零件制造工藝,，具有如下特點(diǎn)：
·某些特殊性能材料的唯一制造方法（目前有很多復(fù)合材料產(chǎn)品性能優(yōu)異, 只能通過粉末冶金才能加工出來）；
·加工工藝流程短而簡單,，易于控制（機(jī)械加工十幾道工序才能完成的產(chǎn)品在粉末金屬工藝中,，有時(shí)候幾道工序就能實(shí)現(xiàn)）；
·零件接近最終尺寸,，表面光潔的,，減少后續(xù)加工成本；
·節(jié)約能源,，原料利用率高, 加工效率高（相對(duì)傳統(tǒng)機(jī)加工切削工藝,，粉末冶金節(jié)能60%，材料利用率高達(dá)95%）,；
·制品強(qiáng)度較低,；流動(dòng)性較差，形狀受限制,；
·壓制成形的壓強(qiáng)較高,，制品尺寸較�,。�
·壓模成本較高,。

為推進(jìn)粉末冶金技術(shù)更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展,，目前粉末注射成形（Powder Injection Molding，PIM）,、3D打印技術(shù)等快速成形技術(shù)斬嶄露頭角,，使得粉末冶金不斷朝著高致密化成、高性能化,、集成化和低成本的方向持續(xù)升級(jí),。

2、粉末注射成形再創(chuàng)新
PIM是一種制造高質(zhì)量精密零件的近凈成形技術(shù),，具有常規(guī)粉末冶金和機(jī)加工方法無法比擬的優(yōu)勢(shì),。從客戶角度上看，產(chǎn)品的加工能力與成本效益會(huì)成為選擇PIM的主要原因,。

加工能力方面,，PIM真正意義上實(shí)現(xiàn)了三維復(fù)雜零件的成形能力，能制造許多復(fù)雜形狀的零件,，如各種外部切槽,、外螺紋、錐形外表面,、交叉孔和盲孔,、凹臺(tái)與鍵銷、加強(qiáng)筋板,、表面滾花等,；由于材料在流動(dòng)狀態(tài)下，均勻填充模腔成形,，模腔內(nèi)各點(diǎn)壓力一致,，密度一致，可以獲得組織結(jié)構(gòu)均勻,、力學(xué)性能優(yōu)異的近凈成形零部件,；PIM還可以實(shí)現(xiàn)不同材料零部件的一體化制造，并且材料的適應(yīng)性廣,，自動(dòng)化程度高,。

成本效益方面，對(duì)于很多金屬材料體系,，PIM粉末成本高,，但是PIM方法不像傳統(tǒng)機(jī)加工進(jìn)行切削，因此節(jié)約的成本最好要能夠彌補(bǔ)原材料成本上的差距,。同時(shí),，PIM的成本效益通常適用于大批量生產(chǎn),，只有生產(chǎn)批量足夠大時(shí)，才能分?jǐn)偰＞叱杀�,；反之,，在生產(chǎn)批量較低時(shí)，PIM就失去了話語權(quán),。

△PEP工藝流程

為破除PIM過程中的限制與障礙,，發(fā)展3D打印技術(shù)成為大勢(shì)所趨�,！�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），在國內(nèi)由升華三維首推,。它的基本工藝過程是：首先將金屬/陶瓷粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混合造粒,，然后經(jīng)3D打印機(jī)成形后，將成形坯（生坯）中的粘結(jié)劑脫離,，最后經(jīng)燒結(jié)致密化,，獲得性能一致且優(yōu)良的產(chǎn)品。

△PEP解決方案的三大特征

PEP技術(shù)利用成熟的粉末冶金技術(shù)進(jìn)行再創(chuàng)新,，創(chuàng)新性地通過3D打印實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的控制和成形,，滿足客戶所需的金屬/陶瓷零件的個(gè)性化定制。PEP方法通過無模具化的制備,，節(jié)省了模具開發(fā)的制造和時(shí)間成本,；拓展了高難度、高復(fù)雜性零件的加工能力,，例如實(shí)現(xiàn)純銅隨形冷卻流道的設(shè)計(jì)制造,，復(fù)雜結(jié)構(gòu)碳化硅陶瓷的大尺寸、輕量化,、一體化制備等,；提供了較直接3D打印技術(shù)成形更優(yōu)的精度，打印設(shè)備,、材料性價(jià)比更高，更有利用3D打印應(yīng)用的推廣及普及,。

▽PEP 3D打印成功應(yīng)用得益于以下優(yōu)勢(shì)組合

3,、以用戶需求及行業(yè)應(yīng)用為導(dǎo)向

他山之石可以攻玉，傳統(tǒng)粉末冶金和新型PEP 3D打印并不是替代關(guān)系,，而是迭代關(guān)系,、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，是智造發(fā)展的未來之路,，是粉末冶金和數(shù)字技術(shù)融合發(fā)展之路,、共生共贏之路,。

目前應(yīng)用于航空、航天,、船舶,、核電等現(xiàn)代工業(yè)的關(guān)鍵零構(gòu)架件正朝著復(fù)雜化、一體化,、輕量化,、高性能化方向發(fā)展，PEP 3D技術(shù)也已證實(shí)可滿足成形要求,，成為高科技領(lǐng)域關(guān)鍵材料和核心部件制備鏈條中的一環(huán),，而且正以新優(yōu)勢(shì)更好地為粉末冶金“賦能“。

“賦能”并不是一個(gè)概念,。升華三維團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)在該技術(shù)基礎(chǔ)上積累和沉淀了近10年,，現(xiàn)在正在考慮“下一步進(jìn)階”，以用戶需求及行業(yè)應(yīng)用為導(dǎo)向,，為“構(gòu)建3D打印的智造世界”做出更多探索和實(shí)踐,。整個(gè)未來，升華三維都將穩(wěn)步前行,，以數(shù)字化技術(shù)為粉末冶金高效賦能,，為粉末冶金打開更為廣闊的天地作出貢獻(xiàn)