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智能制造背景下解析粉末擠出3D打印工藝及其設備體系的優(yōu)勢

升華三維 2022-08-11 | 閱讀：474

智能制造浪潮之下,，催生出更多新技術,。3D打印作為翻涌而來的浪頭，為制造變革引領了新的航向,。伴隨著高端制造業(yè)的快速發(fā)展,，圍繞3D打印設備、軟件,、材料,、工藝及相關方向逐步形成了行業(yè)生態(tài)體系，包含3D打印設備的研發(fā),、生產,，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,，通過材料堆積的方式來制造零件或實物的工藝，此術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,，集合復雜高性能整體制造與生產靈活性等優(yōu)點,，真正地將制造廠商從僵化的生產周期中解放出來，為工業(yè)化市場量身定制引領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：

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，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)制造轉型,，從快速交付備件到定制化生產,，3D打印技術可以幫助簡化設備維護，加速研發(fā)過程以及通過功能為導向的設計來提升產品性能,。但是無論是哪種工藝類別,，3D打印都不能解決所有問題，應當考慮與其他制造技術配合使用,，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（Powder Extrusion Printing,，PEP）的開發(fā)在國內以升華三維為“領頭雁”。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,，高溫段成性的技術突破。

PEP技術的由來?

該技術源自于金屬注射成型技術（MIM),，MIM技術因其生產率高,，脫脂和燒結工藝廣為人知，在20世紀80年代后期開始在工業(yè)制造中得到廣泛應用,。但該技術在實際應用中也存在著局限性,，因為每一個金屬零件都需要設計一個相對應的模具，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技術有成熟穩(wěn)定的粉末冶金技術加持，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)定的技術體系,，材料體系廣泛、產品性能一致性好

打印設備,、打印材料及打印成本更低,，成形精度高,，更有利于3D打印應用的推廣及普及

打印產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/陶瓷復雜產品定制化,、批量化生產解決方案

PEP工藝及其設備體系的降本增效

在中國制造產業(yè)升級、制造業(yè)向高附加值領域延伸的大勢下,，以3D打印技術制備各領域復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打印技術與高性價比的裝備尤為重要,。

基于PEP工藝的核心3D打印設備——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爐,，構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技術與直接的激光3D打印技術相比,，打印設備、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,；

其結合燒結制備工藝在復雜結構件近凈尺寸成型方面擁有巨大的成本和規(guī)模優(yōu)勢,，產品生產效率提高且生產成本降低。

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)的設備、軟件和材料可穩(wěn)定用于批量的生產型企業(yè),、高職高校,、科研院所等多領域，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備端與材料端技術,，逐漸幫助3D打印打開產能天花板，使得增材制造邁向產業(yè)化,，另一方面把握好關鍵的3D打印設備工藝,，通過實現(xiàn)汽車,、生物醫(yī)療、航空航天以及國防軍事等應用端的更多突破,，助力智能制造、綠色制造,。