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進(jìn)無(wú)止境,，2022年升華三維AM材料的探索之路

升華三維 2023-01-05 | 閱讀：503

3D打印技術(shù)，又稱增材制造技術(shù),，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),，運(yùn)用粉末等粘合材料，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù),。而材料是3D打印技術(shù)重要的物質(zhì)基礎(chǔ),，它的性能在很大程度上決定了成形零件的綜合性能。隨著全球3D打印行業(yè)的日益發(fā)展,，增材制造也越來(lái)越受到國(guó)家的關(guān)注,，而3D打印材料作為增材制造的先行行業(yè)，在推動(dòng)我國(guó)增材制造整體發(fā)展上扮演著重要的角色,。

材料的增加是3D打印技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。據(jù)業(yè)內(nèi)領(lǐng)先廠商的報(bào)告稱,，目前3D打印的材料已經(jīng)超過了200種,，材料大類可分為金屬和非金屬兩種。升華三維作為中國(guó)金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)的開拓者和領(lǐng)導(dǎo)者,，十分注重3D打印材料的研發(fā),。升華三維基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的粉末擠出打印技術(shù)（PEP技術(shù)），相繼開發(fā)出了適配于升華三維PEP工藝的材料,，例如不銹鋼,、銅及銅合金、鎢及鎢合金,、高溫合金,、硬質(zhì)合金,、難熔金屬等金屬材料，氧化鋯,、氧化鋁,、碳化硅、生物陶瓷等陶瓷材料,。

2022年,，升華三維不畏艱險(xiǎn)，勇往直前,。一直深耕行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景,，不斷開拓進(jìn)取，在材料開發(fā)方面取得了重大進(jìn)展,，基于PEP技術(shù)推出了鎢,、銅、碳化硅等3D打印顆粒材料,，一舉解決了特殊金屬和特種陶瓷材料制造加工難等問題,。為科研教育、工業(yè)制造,、航天航空,、軍事國(guó)防、生物醫(yī)療,、汽車,、模具制造、新能源等領(lǐng)域智能制造提供了新的解決方案,。

鎢合金顆粒料UPGM-96WNIFE

鎢合金具有高密度,、高強(qiáng)度、大硬度,、耐磨,、耐熱、耐腐蝕,、抗氧化,、無(wú)毒、無(wú)放射性等一系列良好的特性,，常常被制備成屏蔽件,、配重塊、高爾夫球桿,、魚墜子等,。主要應(yīng)用于航空航天、軍事國(guó)防、核工業(yè),、工業(yè)制造及飾品等領(lǐng)域,。

▲鎢合金顆粒料

然而，鎢硬度和極高的熔點(diǎn),，使其成為難以攻克的3D打印材料,。升華三維基于PEP技術(shù)成功攻克其難點(diǎn)，自主研發(fā)了一種金屬聚合物復(fù)合材料UPGM-96WNIFE鎢合金顆粒料,，呈灰色,，粒徑在8-14目的近球形顆粒。利用PEP技術(shù)的熱融擠出系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料的一體化成形控制,。采用打印與脫脂燒結(jié)分開的工藝模式,，不僅縮短了制備周期，并且很好地解決鎢材料加工中極易出現(xiàn)的變形,、裂痕,、夾心等問題。如以下打印案例,，經(jīng)過測(cè)試分析,，該鎢合金屏蔽件成型良好、工藝參數(shù)穩(wěn)定,，充分滿足了對(duì)輻射源屏蔽效果的要求,。同時(shí)，其均勻性,、力學(xué)性能,、熱性能優(yōu)異，且在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的安全性也順利通過測(cè)試,。

PEP技術(shù)在鎢等難熔金屬3D打印領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力突出,，能夠滿足輕量化、提升強(qiáng)度,、耐用性和節(jié)省成本等多方面的需求,。如有中空或多孔結(jié)構(gòu)，并且不能直接切割的零部件采用傳統(tǒng)方法很難制造出來(lái),，而利用PEP不僅可以解決鎢在傳統(tǒng)制造技術(shù)難以解決的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件加工問題,，還能為解決我國(guó)在航空航天、汽車,、船舶、能源,、化工,、醫(yī)療等制造業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、減重設(shè)計(jì)及加工制造等問題提供一種新途徑,。

純銅顆粒料UPGM-CU

銅可以用于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)緊湊,、流體通道復(fù)雜,、重量更輕、尺寸更小,、效率更高的銅結(jié)構(gòu)部件,。為了獲得高致密度或高導(dǎo)電導(dǎo)熱純銅制件，升華三維基于PEP工藝開發(fā)出的純銅顆粒料UPGM-CU是一種金屬聚合物復(fù)合材料,，呈紫紅色,，粒徑在8-14目的近球形顆粒。

▲銅打印樣品（來(lái)源:升華三維）

銅及銅合金具有優(yōu)良的導(dǎo)熱,、導(dǎo)電,、延展、耐腐蝕等特性,，且具有良好的力學(xué)性能和加工成形性,，被廣泛地應(yīng)用于電氣、機(jī)械制造,、航空航天,、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。但同時(shí)也由于銅導(dǎo)熱性和反射性高的屬性,，純銅和銅金屬在金屬3D打印技術(shù)中往往會(huì)反射激光束,，導(dǎo)致成形效率低，冶金質(zhì)量難以控制,，使得打印的銅零件質(zhì)量不佳,。因此，銅也極難使用基于激光的3D打印系統(tǒng)來(lái)加工,。

而PEP技術(shù),，不需要高能激光束，巧妙地避開了銅打印過程中的高導(dǎo)熱率,、高反射率的問題,，以間接3D打印的方式完美駕馭純銅材料，克服了純銅材料3D打印制造的挑戰(zhàn),。利用3D打印自由設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì),，創(chuàng)建了高度集成、復(fù)雜,、更貼合零部件表面的隨形冷卻通道,，打印出結(jié)構(gòu)緊湊、流體通道復(fù)雜,、重量更輕,，尺寸更小、效率更高的產(chǎn)品零部件，實(shí)現(xiàn)了高性能純銅組件制造的新突破,。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于熱交換器,、散熱器和電感應(yīng)器的產(chǎn)品開發(fā)中。

碳化硅顆粒料UPGM-SIC

碳化硅陶瓷的制備一直是特種陶瓷3D打印技術(shù)進(jìn)一步拓展的挑戰(zhàn)之一,，因?yàn)樘蓟杼沾刹牧显诔尚瓦^程中會(huì)出現(xiàn)缺陷,，比如氣孔、裂紋,、不均一性等,，成型陶瓷器件難以抵抗脆性斷裂，極大地限制了其機(jī)械性能,。而復(fù)雜幾何形狀的碳化硅陶瓷構(gòu)件往往難以用傳統(tǒng)的加工技術(shù)制造,，這在很大程度上制約了復(fù)雜結(jié)構(gòu)碳化硅陶瓷的應(yīng)用。

基于PEP技術(shù)優(yōu)勢(shì),，升華三維開發(fā)出了碳化硅顆粒料,，是一種陶瓷聚合物復(fù)合材料，呈灰色,，粒徑在8-14目的近球形顆粒,。并已實(shí)現(xiàn)了碳化硅陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的大尺寸、輕量化,、一體化制備,。且成功將碳化硅陶瓷制備商業(yè)化，為生產(chǎn)高性能碳化硅陶瓷零件打開了大門,。目前升華三維PEP技術(shù)已成功進(jìn)入到我國(guó)航天航空,、核工業(yè)、汽車等高端制造領(lǐng)域,，常被用來(lái)制造衛(wèi)星反射鏡,、火箭噴嘴、發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪,、剎車盤等相關(guān)零件,，成為促進(jìn)中國(guó)制造創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級(jí)的新工具,，具有很高的應(yīng)用價(jià)值,。

▲碳化硅樣品（來(lái)源:升華三維）

一年前，上海硅酸鹽研究所在升華三維訂購(gòu)了一套大尺寸獨(dú)立雙噴嘴打印機(jī)UPS-556系統(tǒng),。藉由此展開的高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和陶瓷基復(fù)合材料等應(yīng)用的研究并取得進(jìn)展,。利用PEP技術(shù)特有的低溫成形，高溫成性這一特性,，將熱加工過程轉(zhuǎn)移到燒結(jié)步驟,，這使得更容易管理熱應(yīng)力,，因燒結(jié)溫度低于其他類型的直接3D打印工藝中所需的完全熔化溫度，并且熱量可以更均勻地施加,，從而確保了產(chǎn)品性能的一致性。成功制備了碳化硅陶瓷光學(xué)元件等高附加值組件,，獲得廣泛關(guān)注,。

▲上海硅酸鹽研究所利用UPS-556成功制備的碳化硅陶瓷光學(xué)元件及其性能

（*相關(guān)資料及數(shù)據(jù)來(lái)自研究團(tuán)隊(duì)已公開專利）

進(jìn)無(wú)止境，隨著PEP技術(shù)的進(jìn)階發(fā)展,，升華三維3D打印系統(tǒng)也逐步的迭代升級(jí),，不斷地滿足市場(chǎng)應(yīng)用需求，結(jié)合配套的3D打印專用脫脂爐和燒結(jié)爐,，已構(gòu)建成了一整套的金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù)解決方案,。

而在增材制造材料研發(fā)這條路上，升華三維也一路前行,，從未停下探索的腳步,。未來(lái)，升華三維將繼續(xù)借助PEP技術(shù),，致力于實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用材料的開發(fā)和制造,，解鎖3D打印在更多領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)新，展現(xiàn)出3D打印的生機(jī)與活力,，推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)高端化,、智能化、綠色化發(fā)展,。