目前,3D打印依然存在工業制造上的成本、效率難題,但它卻擁有傳統減法制造無法比擬的設計自由度、綠色環保等優勢,所以目前許多行業和生產企業已經將兩種技術結合使用,以充分利用各自的優勢。直接3D打印是最常見和廣泛應用的技術,即利用打印機將材料逐層堆疊起來,直接創建所需的物體,但是它在材料選擇、性能指標等方面有“死角”,無法滿足更通用的應用場景。為了能更快的推廣和普及3D打印工業應用,升華三維在尋找3D打印出路的迷途中,堅定地選擇了有別于主流的間接3D打印,即將3D打印與粉末冶金相結合的路線。
在CAC2023廣州先進陶瓷產業鏈展覽會上,升華三維攜其特色的粉末擠出打印技術(Powder Extrusion printing,PEP)解決方案閃亮登場,吸引了眾多專業觀眾駐足了解。
1、工作流程
PEP具體過程是利用了已發展成熟的粉末注射成形工藝,結合獨立雙噴嘴3D打印系統來實現對材料的控制和成型,可以同時打印或者各自輪流打印金屬和陶瓷材料,實現不同種類材料的復合產品開發。打印完成后,利用粉末注射成形相關工藝對產品進行脫脂和燒結,因其將熱加工過程轉移到燒結步驟,使得更容易管理熱應力;而且燒結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,使得熱量可以更均勻地施加,從而確保了產品性能的一致性。升華三維目前已具備材料開發制備、設備研發生產、系統軟件開發到3D打印工藝、脫脂及燒結工藝一整套工藝鏈及完整金屬/陶瓷間接3D打印解決方案。
2、技術特點
PEP技術成形工藝簡單,無需激光器件,具有低溫成形、高溫成性的特性。可解決像銅等高反射金屬對激光波段吸收率低,對于鉬、鎢、鉭等難熔金屬傳統激光難以達到其溶點,如鎢合金、黃銅等具有熔點相差較大元素組成的合金材料成分可控性,及復雜幾何形狀特種陶瓷構件等制造加工問題。打印材料制備方便,對原始粉末的球形度和流動性沒有嚴格要求,適用于粉末冶金工藝所用的粉末材料,并且打印料可循環利用。為特殊金屬和特種陶瓷材料復雜結構設計、減重設計及制造加工難等開辟了新途徑。
3、應用案例
先進陶瓷——上海硅酸鹽研究所利用升華三維的大尺寸獨立雙噴嘴打印機UPS-556系統,藉由展開的高性能結構陶瓷和陶瓷基復合材料等應用的研究取得重大進展,成功制備了碳化硅陶瓷光學元件等高附加值組件,獲得廣泛關注。
上海硅酸鹽研究所利用UPS-556成功制備的碳化硅陶瓷光學元件及其性能(*相關資料及數據來自研究團隊已公開專利)
光學反射鏡的口徑越大,衍射效應越小,意味著光的匯聚能力越強,分辨率就越高。大尺寸、輕量化碳化硅反射鏡的成功制備,可有力支撐國家遙感衛星發展和空間基礎設施建設,提升我國在遙感探測技術領域的核心競爭力。
粉末冶金——升華三維助力中南大學有色金屬成礦預測與地質環境監測教育部重點實驗室和湖南工業大學成功制造了鈷基金剛石復合材料。
該科研團隊使用深圳升華三維科技有限公司密煉機、造粒機、3D打印機、脫脂爐和燒結爐一整套工藝,完成混合、造粒、打印、脫脂和燒結的加工過程。根據此工藝制備了鈷基金剛石復合材料,并與粉末熱壓燒結樣品進行對比,研究其微觀結構特征和性能,發現即使在最佳溫度下,其樣品的性能也會更好;樣品的密度和持有的性能相比金剛石顆粒提高了。PEP是一種很有前途的技術,具有制造復雜形狀或超薄結構的金剛石工具的能力,并有大規模制造的潛力。
小結
在升華三維看來,隨著3D打印技術的成熟及應用的不斷擴大,間接3D打印技術的發展也會越來越快,同時國內對間接3D打印的認知度和接受度會有新的突破。在間接3D打印應用市場上,國內外會有更多的復雜產品批量化打印的市場應用案例出現,跟激光類直接3D打印在一些市場選擇上既有差異化的策略,也有直接正面的競爭PK。
升華三維將始終踐行“構建3D打印智造世界”的發展理念,致力于金屬/陶瓷間接3D打印技術的推廣及應用,圍繞該技術路線不斷拓展新工藝,不斷深耕產業應用市場,研發生產符合規劃領域和應用場景的3D打印設備和材料,擔當起中國金屬/陶瓷間接3D打印技術的開拓者和領航者的使命,快速響應市場需求,給客戶帶來高性價比的產品及服務體驗。
粉體圈 郜白