进无止境，2022年升华三维AM材料的探索之路

发布时间 | 2023-01-05 点击量 | 68

3D打印技术，又称增材制造技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末等粘合材料，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术。而材料是3D打印技术重要的物质基础，它的性能在很大程度上决定了成形零件的综合性能。随着全球3D打印行业的日益发展，增材制造也越来越受到国家的关注，而3D打印材料作为增材制造的先行行业，在推动我国增材制造整体发展上扮演着重要的角色。

材料的增加是3D打印技术发展的必然趋势。据业内领先厂商的报告称，目前3D打印的材料已经超过了200种，材料大类可分为金属和非金属两种。升华三维作为中国金属·陶瓷间接3D打印技术的开拓者和领导者，十分注重3D打印材料的研发。升华三维基于自主知识产权的粉末挤出打印技术（PEP技术），相继开发出了适配于升华三维PEP工艺的材料，例如不锈钢、铜及铜合金、钨及钨合金、高温合金、硬质合金、难熔金属等金属材料，氧化锆、氧化铝、碳化硅、生物陶瓷等陶瓷材料。

2022年，升华三维不畏艰险，勇往直前。一直深耕行业应用场景，不断开拓进取，在材料开发方面取得了重大进展，基于PEP技术推出了钨、铜、碳化硅等3D打印颗粒材料，一举解决了特殊金属和特种陶瓷材料制造加工难等问题。为科研教育、工业制造、航天航空、军事国防、生物医疗、汽车、模具制造、新能源等领域智能制造提供了新的解决方案。

钨合金颗粒料UPGM-96WNIFE

钨合金具有高密度、高强度、大硬度、耐磨、耐热、耐腐蚀、抗氧化、无毒、无放射性等一系列良好的特性，常常被制备成屏蔽件、配重块、高尔夫球杆、鱼坠子等。主要应用于航空航天、军事国防、核工业、工业制造及饰品等领域。

▲钨合金颗粒料

然而，钨硬度和极高的熔点，使其成为难以攻克的3D打印材料。升华三维基于PEP技术成功攻克其难点，自主研发了一种金属聚合物复合材料UPGM-96WNIFE钨合金颗粒料，呈灰色，粒径在8-14目的近球形颗粒。利用PEP技术的热融挤出系统有效实现了对材料的一体化成形控制。采用打印与脱脂烧结分开的工艺模式，不仅缩短了制备周期，并且很好地解决钨材料加工中极易出现的变形、裂痕、夹心等问题。如以下打印案例，经过测试分析，该钨合金屏蔽件成型良好、工艺参数稳定，充分满足了对辐射源屏蔽效果的要求。同时，其均匀性、力学性能、热性能优异，且在转运过程中的安全性也顺利通过测试。

▲钨合金屏蔽件（来源:升华三维）

PEP技术在钨等难熔金属3D打印领域的核心竞争力突出，能够满足轻量化、提升强度、耐用性和节省成本等多方面的需求。如有中空或多孔结构，并且不能直接切割的零部件采用传统方法很难制造出来，而利用PEP不仅可以解决钨在传统制造技术难以解决的复杂结构零件加工问题，还能为解决我国在航空航天、汽车、船舶、能源、化工、医疗等制造业领域的复杂结构、减重设计及加工制造等问题提供一种新途径。

纯铜颗粒料UPGM-CU

铜可以用于生产结构紧凑、流体通道复杂、重量更轻、尺寸更小、效率更高的铜结构部件。为了获得高致密度或高导电导热纯铜制件，升华三维基于PEP工艺开发出的纯铜颗粒料UPGM-CU是一种金属聚合物复合材料，呈紫红色，粒径在8-14目的近球形颗粒。

▲铜打印样品（来源:升华三维）

铜及铜合金具有优良的导热、导电、延展、耐腐蚀等特性，且具有良好的力学性能和加工成形性，被广泛地应用于电气、机械制造、航空航天、国防军工等领域。但同时也由于铜导热性和反射性高的属性，纯铜和铜金属在金属3D打印技术中往往会反射激光束，导致成形效率低，冶金质量难以控制，使得打印的铜零件质量不佳。因此，铜也极难使用基于激光的3D打印系统来加工。

而PEP技术，不需要高能激光束，巧妙地避开了铜打印过程中的高导热率、高反射率的问题，以间接3D打印的方式完美驾驭纯铜材料，克服了纯铜材料3D打印制造的挑战。利用3D打印自由设计的优势，创建了高度集成、复杂、更贴合零部件表面的随形冷却通道，打印出结构紧凑、流体通道复杂、重量更轻，尺寸更小、效率更高的产品零部件，实现了高性能纯铜组件制造的新突破。目前已经广泛应用于热交换器、散热器和电感应器的产品开发中。

碳化硅颗粒料UPGM-SIC

碳化硅陶瓷的制备一直是特种陶瓷3D打印技术进一步拓展的挑战之一，因为碳化硅陶瓷材料在成型过程中会出现缺陷，比如气孔、裂纹、不均一性等，成型陶瓷器件难以抵抗脆性断裂，极大地限制了其机械性能。而复杂几何形状的碳化硅陶瓷构件往往难以用传统的加工技术制造，这在很大程度上制约了复杂结构碳化硅陶瓷的应用。

基于PEP技术优势，升华三维开发出了碳化硅颗粒料，是一种陶瓷聚合物复合材料，呈灰色，粒径在8-14目的近球形颗粒。并已实现了碳化硅陶瓷复杂结构部件的大尺寸、轻量化、一体化制备。且成功将碳化硅陶瓷制备商业化，为生产高性能碳化硅陶瓷零件打开了大门。目前升华三维PEP技术已成功进入到我国航天航空、核工业、汽车等高端制造领域，常被用来制造卫星反射镜、火箭喷嘴、发动机涡轮、刹车盘等相关零件，成为促进中国制造创新、转型升级的新工具，具有很高的应用价值。

▲碳化硅样品（来源:升华三维）

一年前，上海硅酸盐研究所在升华三维订购了一套大尺寸独立双喷嘴打印机UPS-556系统。藉由此展开的高性能结构陶瓷和陶瓷基复合材料等应用的研究并取得进展。利用PEP技术特有的低温成形，高温成性这一特性，将热加工过程转移到烧结步骤，这使得更容易管理热应力，因烧结温度低于其他类型的直接3D打印工艺中所需的完全熔化温度，并且热量可以更均匀地施加，从而确保了产品性能的一致性。成功制备了碳化硅陶瓷光学元件等高附加值组件，获得广泛关注。