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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

升華三維 2022-08-11 | 閱讀：608

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，每種流程都有獨特的優(yōu)缺點,，那么,，我們該如何在制造實踐中選擇最優(yōu)的解決方案呢,？

3D打印照進智能制造

三維打印（3D printing）是指利用打印頭,、噴嘴或其他打印技術(shù),，通過材料堆積的方式來制造零件或?qū)嵨锏墓に嚕诵g(shù)語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,，真正地將制造廠商從僵化的生產(chǎn)周期中解放出來，為工業(yè)化市場量身定制引領(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)早日實現(xiàn)真正的智能制造。

根據(jù)制造形式的不同,，國際上ISO/ASTM認可七種不同類型的3D打印技術(shù)：

1,、光固化--紫外光通過逐點或逐層的光照，選擇性地固化液態(tài)樹脂,；

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,；對于金屬，通常在打印之后還需要進行燒結(jié),，以熔化粉末,；

4、材料噴射--材料的液滴被精確地沉淀下來,，以建立一個幾何體,；

5、片材層壓--通過超聲波焊接,、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--聚合物長絲或顆粒等材料被加熱并通過噴嘴擠出,；

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,，過程類似于焊接,。

其實，在上述這七個系列中,，每一個系列都有不同的3D打印細分類別,，這里暫不做一一贅述,，簡單地說，3D打印已毫無疑問地在引發(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)可以幫助簡化設(shè)備維護，加速研發(fā)過程以及通過功能為導(dǎo)向的設(shè)計來提升產(chǎn)品性能,。但是無論是哪種工藝類別,，3D打印都不能解決所有問題，應(yīng)當考慮與其他制造技術(shù)配合使用,，并且在有必要時使用,。

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）的開發(fā)在國內(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?

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80年代后期開始在工業(yè)制造中得到廣泛應(yīng)用,。但該技術(shù)在實際應(yīng)用中也存在著局限性,，因為每一個金屬零件都需要設(shè)計一個相對應(yīng)的模具，這需要較長的交貨期和高昂的啟動資金,。而3D打印技術(shù)完全擺脫了模具的束縛,，通過逐層打印，可以在短短數(shù)小時內(nèi)得到客戶想要的模型生坯,。后續(xù)通過傳統(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械和物理性能,，可達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

在中國制造產(chǎn)業(yè)升級,、制造業(yè)向高附加值領(lǐng)域延伸的大勢下,，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越高，其中對降本增效的追求也越來越強烈,。顯然,，選擇適宜的3D打印技術(shù)與高性價比的裝備尤為重要。

基于PEP工藝的核心3D打印設(shè)備——工業(yè)型獨立雙噴嘴3D打印機UPS-250及大尺寸獨立雙噴嘴3D打印機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：

該方案無需使用模具,，大大節(jié)省開模時間與成本,；

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，產(chǎn)品生產(chǎn)效率提高且生產(chǎn)成本降低,。

可見,，在成本優(yōu)勢即競爭優(yōu)勢的當下，間接PEP 3D打印工藝的效率優(yōu)勢在疊加成本優(yōu)勢后,，其發(fā)展空間自然而然地被打開,。

加速推進增材制造的工業(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,、國防軍工的重點行業(yè)里被大客戶驗證,。未來，PEP工藝也將與其他3D打印工藝實現(xiàn)優(yōu)勢互補,。升華三維一方面不斷升級設(shè)備端與材料端技術(shù),，逐漸幫助3D打印打開產(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,，通過實現(xiàn)汽車、生物醫(yī)療,、航空航天以及國防軍事等應(yīng)用端的更多突破,，助力智能制造、綠色制造,。