從“粉末冶金”進(jìn)階，看粉末擠出3D 打印技術(shù)如何賦能

來(lái)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(zhǎng)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(lái),，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(wú)）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��,，是中國(guó)制造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(guò)粉末冶金才能加工出來(lái)）,；
·加工工藝流程短而簡(jiǎn)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,，制品尺寸較小,；
·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(wú)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＞叱杀荆环粗�,，在生產(chǎn)批量較低時(shí),，PIM就失去了話語(yǔ)權(quán)。

△PEP工藝流程

為破除PIM過(guò)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(guó)內(nèi)由升華三維首推。它的基本工藝過(guò)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(guò)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(guò)無(wú)模具化的制備，節(jié)省了模具開(kāi)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(lái)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(lái),，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(kāi)更為廣闊的天地作出貢獻(xiàn)