智能制造背景下解析粉末擠出3D打印工藝及其設(shè)備體系的優(yōu)勢(shì)

來(lái)源：升華三維


智能制造浪潮之下,，催生出更多新技術(shù),。3D打印作為翻涌而來(lái)的浪頭,，為制造變革引領(lǐng)了新的航向,。伴隨著高端制造業(yè)的快速發(fā)展,，圍繞3D打印設(shè)備,、軟件,、材料、工藝及相關(guān)方向逐步形成了行業(yè)生態(tài)體系,，包含3D打印設(shè)備的研發(fā),、生產(chǎn)，材料的研發(fā),、制備,，以及去除,、回收等工藝及裝備，后續(xù)加工,、精加工,、熱處理等后處理等，各方面協(xié)同配合,，形成了更系統(tǒng)化的解決方案,。然而，正如我們所知道的,，3D打印工藝多種多樣,，每種流程都有獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)，那么,，我們?cè)撊绾卧谥圃鞂?shí)踐中選擇最優(yōu)的解決方案呢,？

3D打印照進(jìn)智能制造
三維打印（3D printing）是指利用打印頭,、噴嘴或其他打印技術(shù),，通過(guò)材料堆積的方式來(lái)制造零件或?qū)嵨锏墓に嚕�此術(shù)語(yǔ)通常作為增材制造的同義詞,，因此,，又稱為“3D打印”。3D打印擺脫傳統(tǒng)制造方式的局限性,，集合復(fù)雜高性能整體制造與生產(chǎn)靈活性等優(yōu)點(diǎn),，真正地將制造廠商從僵化的生產(chǎn)周期中解放出來(lái)，為工業(yè)化市場(chǎng)量身定制引領(lǐng)制造潮流的解決方案,，可被引入制造業(yè)的全流程中,，幫助廣大企業(yè)早日實(shí)現(xiàn)真正的智能制造。

根據(jù)制造形式的不同,，國(guó)際上ISO/ASTM認(rèn)可七種不同類型的3D打印技術(shù)：
1,、光固化--紫外光通過(guò)逐點(diǎn)或逐層的光照，選擇性地固化液態(tài)樹(shù)脂,；
2,、粉末床熔合（PBF）--使用能量源（通常是激光或電子束）將粉末狀金屬或聚合物熔合在一起；
3,、粘合劑噴射--沉積在金屬粉末或沙子上的粘合劑形成了幾何形狀,；對(duì)于金屬，通常在打印之后還需要進(jìn)行燒結(jié),，以熔化粉末,；
4、材料噴射--材料的液滴被精確地沉淀下來(lái)，以建立一個(gè)幾何體,；
5,、片材層壓--通過(guò)超聲波焊接、釬焊,、粘合劑或化學(xué)手段將材料片材堆疊并層壓在一起,；
6、材料擠出--聚合物長(zhǎng)絲或顆粒等材料被加熱并通過(guò)噴嘴擠出,；
7,、定向能量沉積（DED）--金屬粉末或金屬絲被送入由激光或電子束產(chǎn)生的熔池中，過(guò)程類似于焊接,。

其實(shí),，在上述這七個(gè)系列中，每一個(gè)系列都有不同的3D打印細(xì)分類別,，這里暫不做一一贅述,，簡(jiǎn)單地說(shuō)，3D打印已毫無(wú)疑問(wèn)地在引發(fā)制造轉(zhuǎn)型,，從快速交付備件到定制化生產(chǎn),，3D打印技術(shù)可以幫助簡(jiǎn)化設(shè)備維護(hù)，加速研發(fā)過(guò)程以及通過(guò)功能為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)來(lái)提升產(chǎn)品性能,。但是無(wú)論是哪種工藝類別,，3D打印都不能解決所有問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)考慮與其他制造技術(shù)配合使用,，并且在有必要時(shí)使用,。

粉末擠出3D打印工藝
作為一種材料擠出工藝，粉末擠出打印技術(shù)（Powder Extrusion Printing,，PEP）的開(kāi)發(fā)在國(guó)內(nèi)以升華三維為“領(lǐng)頭雁”,。它是一種基于金屬/陶瓷的專有3D打印工藝,，利用“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的間接工藝,，實(shí)現(xiàn)了金屬/陶瓷零部件低溫段成形，高溫段成性的技術(shù)突破,。

PEP技術(shù)的由來(lái)?
該技術(shù)源自于金屬注射成型技術(shù)（MIM),，MIM技術(shù)因其生產(chǎn)率高，脫脂和燒結(jié)工藝廣為人知,，在20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始在工業(yè)制造中得到廣泛應(yīng)用,。但該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在著局限性，因?yàn)槊恳粋�(gè)金屬零件都需要設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)應(yīng)的模具,，這需要較長(zhǎng)的交貨期和高昂的啟動(dòng)資金,。而3D打印技術(shù)完全擺脫了模具的束縛，通過(guò)逐層打印，可以在短短數(shù)小時(shí)內(nèi)得到客戶想要的模型生坯,。后續(xù)通過(guò)傳統(tǒng)MIM的脫脂和燒結(jié)工藝,，得到最終的致密的高性能的金屬部件。

PEP工藝流程有哪些,？

可以適配哪些材料,？
從不銹鋼、鎢合金,、高溫合金,、難熔金屬、硬質(zhì)合金等金屬材料,，到氧化鋯,、氧化鋁、碳化硅,、氮化硅,、羥基磷灰石生物陶瓷等陶瓷材料，具有類同于粉末注射成形（PIM）工藝所用的潛在材料均可適配,。

為何使用PEP,？
PEP技術(shù)有成熟穩(wěn)定的粉末冶金技術(shù)加持，制備的金屬/陶瓷零部件具有良好的機(jī)械和物理性能,，可達(dá)到粉末注射及鍛件水平,，滿足高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的制備需求。其主要優(yōu)勢(shì)包括：

• 為粉末冶金行業(yè)數(shù)字化賦能,，解鎖應(yīng)用并釋放粉末冶金的潛能
• 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
• 打印設(shè)備,、打印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
• 金屬/陶瓷復(fù)雜產(chǎn)品定制化、批量化生產(chǎn)解決方案
  

PEP工藝及其設(shè)備體系的降本增效
在中國(guó)制造產(chǎn)業(yè)升級(jí),、制造業(yè)向高附加值領(lǐng)域延伸的大勢(shì)下,，以3D打印技術(shù)制備各領(lǐng)域復(fù)雜零部件的要求也越來(lái)越高，其中對(duì)降本增效的追求也越來(lái)越強(qiáng)烈,。顯然,，選擇適宜的3D打印技術(shù)與高性價(jià)比的裝備尤為重要。

基于PEP工藝的核心3D打印設(shè)備——工業(yè)型獨(dú)立雙噴嘴3D打印機(jī)UPS-250及大尺寸獨(dú)立雙噴嘴3D打印機(jī)UPS-556,，配套3D打印專用脫脂爐和燒結(jié)爐,，構(gòu)成一套完整高效的間接3D打印裝備體系和解決方案。其降本增效的具體體現(xiàn)有：

• 該方案無(wú)需使用模具，大大節(jié)省開(kāi)模時(shí)間與成本,；
• PEP技術(shù)與直接的激光3D打印技術(shù)相比,，打印設(shè)備、材料及成本大幅降低,；
• 打印材料可循環(huán)利用,，有效利用率高，廢品損失少,；
• 其結(jié)合燒結(jié)制備工藝在復(fù)雜結(jié)構(gòu)件近凈尺寸成型方面擁有巨大的成本和規(guī)模優(yōu)勢(shì),，產(chǎn)品生產(chǎn)效率提高且生產(chǎn)成本降低。
  

可見(jiàn),，在成本優(yōu)勢(shì)即競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的當(dāng)下,，間接PEP 3D打印工藝的效率優(yōu)勢(shì)在疊加成本優(yōu)勢(shì)后，其發(fā)展空間自然而然地被打開(kāi),。

加速推進(jìn)增材制造的工業(yè)化應(yīng)用
升華三維具備多元化的3D打印系統(tǒng)及裝備研發(fā)制造體系,，全面自主研發(fā)的設(shè)備、軟件和材料可穩(wěn)定用于批量的生產(chǎn)型企業(yè),、高職高校,、科研院所等多領(lǐng)域，并且在航空航天,、國(guó)防軍工的重點(diǎn)行業(yè)里被大客戶驗(yàn)證,。未來(lái)，PEP工藝也將與其他3D打印工藝實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),。升華三維一方面不斷升級(jí)設(shè)備端與材料端技術(shù),，逐漸幫助3D打印打開(kāi)產(chǎn)能天花板，使得增材制造邁向產(chǎn)業(yè)化,，另一方面把握好關(guān)鍵的3D打印設(shè)備工藝,，通過(guò)實(shí)現(xiàn)汽車、生物醫(yī)療,、航空航天以及國(guó)防軍事等應(yīng)用端的更多突破,，助力智能制造、綠色制造,。