3D打印與粉末冶金的創(chuàng)新結(jié)合--粉末擠出打印PEP技術(shù)

3D打印將顛覆制造業(yè)，曾成為很多重塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展擁躉的共同信仰。但是國(guó)內(nèi)發(fā)展十多年，3D打印依然存在工業(yè)制造上的成本、效率難題。全球范圍內(nèi)金屬3D打印技術(shù)主要分為兩大陣營(yíng)：直接金屬3D打印和間接金屬3D打印。其中，直接金屬3D打印是將金屬材料直接打印成金屬件，而間接金屬3D打印是通過(guò)粘合劑等將金屬材料打印成型，然后將粘合劑去除掉得到金屬件。 目前直接金屬3D打印技術(shù)主要是采用昂貴的激光或電子束或等離子作為輸入熱源來(lái)直接燒結(jié)或者熔化金屬粉末或其混合物進(jìn)行逐層疊加打印制品。主要有選區(qū)激光燒結(jié)/熔化（SLS、SLM）、電子束選區(qū)熔化成型（EBSM）、直接金屬激光燒結(jié)/沉積（DMLS、DMD、LENS）、快速等離子體沉積（RPD）等技術(shù)。共同技術(shù)特點(diǎn)就是打印與熔化一體、同時(shí)獲得產(chǎn)品形狀與性能。缺陷在于激光器等設(shè)備及材料價(jià)格高昂，可滿足工業(yè)化生產(chǎn)的打印材料有限，運(yùn)營(yíng)成本高；點(diǎn)線成型算法復(fù)雜、打印速度慢、工藝開(kāi)發(fā)難；工藝復(fù)雜難以控制、產(chǎn)品性能不一致。

 一、PEP技術(shù) 由升華三維推出的“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）。有別于利用高強(qiáng)能量束燒結(jié)或熔化金屬等材料，同步獲得產(chǎn)品形狀和性能的直接3D打印技術(shù)，PEP技術(shù)是將打印與脫脂燒結(jié)分開(kāi)、分步獲得產(chǎn)品形狀與性能。PEP技術(shù)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,滿足金屬/陶瓷零件的個(gè)性化定制。通過(guò)3D打印實(shí)現(xiàn)無(wú)模具化的模型制備，節(jié)省了模具開(kāi)發(fā)的制造成本和時(shí)間成本。PEP技術(shù)同時(shí)也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)激光3D打印的效率缺陷與尺寸限制，成本更低，正快速挑戰(zhàn)著激光在金屬粉末材料方面直接打印的應(yīng)用，成為金屬零件批量打印的重點(diǎn)技術(shù)。 

二、技術(shù)特點(diǎn) PEP技術(shù)利用了已發(fā)展超過(guò)30年、并大規(guī)模應(yīng)用于電子3C、汽車(chē)、醫(yī)療、軍工航天等領(lǐng)域的金屬·陶瓷粉末注射成形技術(shù)（PIM）。兩者工藝流程有很多相通之處，結(jié)合3D打印對(duì)材料的控制和成形，實(shí)現(xiàn)的金屬·陶瓷零部件個(gè)性化定制化生產(chǎn)。在得到具有一定密度和強(qiáng)度的生坯后，利用粉末注射成形技術(shù)的相關(guān)工藝對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，獲得性能一致且優(yōu)良的產(chǎn)品。

 1、3D打印成型 基于PEP技術(shù)，金屬顆粒通過(guò)3D打印機(jī)擠壓和逐層堆積，按照你的設(shè)計(jì)，生胚被一層一層地打印出來(lái)。3D打印通常適用于原型測(cè)試、復(fù)雜的幾何形狀和小批量生產(chǎn)。一般來(lái)說(shuō)，我們自主研發(fā)的Uprise 3D打印機(jī)可以打印從金屬到陶瓷的多種材料，打印性能穩(wěn)定和精準(zhǔn)度高。打印成型后，生胚需要進(jìn)行脫脂和燒結(jié)過(guò)程。 2、脫脂 脫脂的作用是從3D打印生胚中去除大部分粘結(jié)劑聚合物。脫脂過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，將生胚浸泡于適量的脫脂劑里一段時(shí)間。脫脂工藝包括水脫脂、溶劑脫脂和催化脫脂。一般來(lái)說(shuō)，我們的脫脂劑采用溫和的草酸而不是硝酸，更環(huán)保，更安全。此外，我們的脫脂爐可批量處理，操作簡(jiǎn)單。一旦粘結(jié)劑聚合物被去除，該部分被稱為棕胚，被送去燒結(jié)得到致密的金屬部件。 3、燒結(jié) 為了獲得成形后的金屬部件，燒結(jié)工藝是必須和關(guān)鍵的。燒結(jié)條件需要在真空氣氛和高溫下進(jìn)行。燒結(jié)爐可批量加工，性能高，操作簡(jiǎn)單。通過(guò)燒結(jié)，殘余的粘結(jié)劑聚合物首先在適當(dāng)?shù)募訜釡囟认卤蝗コ�。�?dāng)溫度升高到金屬粒子的熔點(diǎn)以上時(shí)，這些粒子開(kāi)始熔化并增長(zhǎng)到密度達(dá)到幾乎98%。值得注意的是，在燒結(jié)過(guò)程中，由于粘結(jié)劑聚合物的去除和金屬顆粒的生長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生收縮，但收縮率是恒定的。金屬部分將按比例放大，以補(bǔ)償在三維建模步驟中的收縮。燒結(jié)金屬部件具有良好的力學(xué)性能，可用于各種工業(yè)用途和應(yīng)用。 4、后處理 燒結(jié)的金屬部件是完全致密的，可以隨時(shí)使用。但是，當(dāng)需要更好的外觀時(shí)，可以使用拋光和涂層等后處理方法。通常，數(shù)控銑削是為了獲得更好的精度。所有這些方法都是全面的，成本是可以承受的。 

三、技術(shù)優(yōu)勢(shì) PEP技術(shù)為粉末冶金行業(yè)數(shù)字化賦能，解鎖3D打印在粉末冶金領(lǐng)域的應(yīng)用，釋放粉末冶金的潛能。主要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括以下方面： 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)品性能一致性好與直接3D打印技術(shù)相比，打印設(shè)備、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，有效利用率高低成本的金屬/陶瓷復(fù)雜產(chǎn)品定制化、批量化生產(chǎn)解決方案

 四、支持的材料體系 從不銹鋼、模具鋼、銅及銅合金、鋁合金、高溫合金、鈦合金、難熔金屬等金屬材料，到氧化鋯、氧化鋁、碳化硅、氮化硅等陶瓷材料，幾乎無(wú)止境的潛在材料清單為3D打印大規(guī)模進(jìn)入應(yīng)用市場(chǎng)創(chuàng)造有利的客觀條件。

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