從“粉末冶金”進(jìn)階，看粉末擠出3D 打印技術(shù)如何賦能

來源：升華三維

從“制造”到“智造”，是全世界人類的夢想和追求。如今，隨著智能制造系統(tǒng)的演化和先進(jìn)制造業(yè)的快速發(fā)展，關(guān)鍵材料和核心部件成為制造產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵增長點(diǎn)，各種先進(jìn)的零部件成形技術(shù)也正在奮力抓住這一機(jī)遇，綻放光彩。

粉末冶金制造技術(shù)借助節(jié)能節(jié)材、綠色環(huán)保和效率高、精度高等優(yōu)勢，被業(yè)界公認(rèn)為是一種綠色、可持續(xù)的制造工藝技術(shù)。近年來，隨著信息技術(shù)與制造業(yè)的進(jìn)一步深度融合，各種前沿的3D打印技術(shù)也正在煥發(fā)活力，并獲得蓬勃發(fā)展。

粉末冶金工藝的關(guān)鍵特點(diǎn)

粉末冶金技術(shù)集制粉、成形、燒結(jié)等多重工藝于一身，具有低成本、高效率、少（無）污染等顯著特點(diǎn)。同時(shí)其作為增材制造（3D打�。┑闹匾�成型工藝，是中國制造2025的重要一環(huán)。

根據(jù)配方不同，粉末冶金零件的抗拉強(qiáng)度在170~1200MPa之間，相比傳統(tǒng)零件制造工藝，具有如下特點(diǎn)：
·某些特殊性能材料的唯一制造方法（目前有很多復(fù)合材料產(chǎn)品性能優(yōu)異, 只能通過粉末冶金才能加工出來）；
·加工工藝流程短而簡單，易于控制（機(jī)械加工十幾道工序才能完成的產(chǎn)品在粉末金屬工藝中，有時(shí)候幾道工序就能實(shí)現(xiàn)）；
·零件接近最終尺寸，表面光潔的，減少后續(xù)加工成本；
·節(jié)約能源，原料利用率高, 加工效率高（相對傳統(tǒng)機(jī)加工切削工藝，粉末冶金節(jié)能60%，材料利用率高達(dá)95%）；
·制品強(qiáng)度較低；流動(dòng)性較差，形狀受限制；
·壓制成形的壓強(qiáng)較高，制品尺寸較小；
·壓模成本較高。

為推進(jìn)粉末冶金技術(shù)更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，目前粉末注射成形（Powder Injection Molding，PIM）、3D打印技術(shù)等快速成形技術(shù)斬嶄露頭角，使得粉末冶金不斷朝著高致密化成、高性能化、集成化和低成本的方向持續(xù)升級。

站在客戶角度：粉末注射成形再創(chuàng)新

PIM是一種制造高質(zhì)量精密零件的近凈成形技術(shù)，具有常規(guī)粉末冶金和機(jī)加工方法無法比擬的優(yōu)勢。從客戶角度上看，產(chǎn)品的加工能力與成本效益會(huì)成為選擇PIM的主要原因。

加工能力方面，PIM真正意義上實(shí)現(xiàn)了三維復(fù)雜零件的成形能力，能制造許多復(fù)雜形狀的零件，如各種外部切槽、外螺紋、錐形外表面、交叉孔和盲孔、凹臺(tái)與鍵銷、加強(qiáng)筋板、表面滾花等；由于材料在流動(dòng)狀態(tài)下，均勻填充模腔成形，模腔內(nèi)各點(diǎn)壓力一致，密度一致，可以獲得組織結(jié)構(gòu)均勻、力學(xué)性能優(yōu)異的近凈成形零部件；PIM還可以實(shí)現(xiàn)不同材料零部件的一體化制造，并且材料的適應(yīng)性廣，自動(dòng)化程度高。

成本效益方面，對于很多金屬材料體系，PIM粉末成本高，但是PIM方法不像傳統(tǒng)機(jī)加工進(jìn)行切削，因此節(jié)約的成本最好要能夠彌補(bǔ)原材料成本上的差距。同時(shí)，PIM的成本效益通常適用于大批量生產(chǎn)，只有生產(chǎn)批量足夠大時(shí)，才能分?jǐn)偰＞叱杀�；反之，在生產(chǎn)批量較低時(shí)，PIM就失去了話語權(quán)。

△PEP工藝流程

為破除PIM過程中的限制與障礙，發(fā)展3D打印技術(shù)成為大勢所趨�！�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），在國內(nèi)由升華三維首推。它的基本工藝過程是：首先將金屬/陶瓷粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混合造粒，然后經(jīng)3D打印機(jī)成形后，將成形坯（生坯）中的粘結(jié)劑脫離，最后經(jīng)燒結(jié)致密化，獲得性能一致且優(yōu)良的產(chǎn)品。

△PEP解決方案的三大特征

PEP技術(shù)利用成熟的粉末冶金技術(shù)進(jìn)行再創(chuàng)新，創(chuàng)新性地通過3D打印實(shí)現(xiàn)對材料的控制和成形，滿足客戶所需的金屬/陶瓷零件的個(gè)性化定制。PEP方法通過無模具化的制備，節(jié)省了模具開發(fā)的制造和時(shí)間成本；拓展了高難度、高復(fù)雜性零件的加工能力，例如實(shí)現(xiàn)純銅隨形冷卻流道的設(shè)計(jì)制造，復(fù)雜結(jié)構(gòu)碳化硅陶瓷的大尺寸、輕量化、一體化制備等；提供了較直接3D打印技術(shù)成形更優(yōu)的精度，打印設(shè)備、材料性價(jià)比更高，更有利用3D打印應(yīng)用的推廣及普及。

PEP 3D打印成功應(yīng)用得益于以下優(yōu)勢組合：

寫在后面：這一切以用戶需求及行業(yè)應(yīng)用為導(dǎo)向

他山之石可以攻玉，傳統(tǒng)粉末冶金和新型PEP 3D打印并不是替代關(guān)系，而是迭代關(guān)系、優(yōu)勢互補(bǔ)，是智造發(fā)展的未來之路，是粉末冶金和數(shù)字技術(shù)融合發(fā)展之路、共生共贏之路。

目前應(yīng)用于航空、航天、船舶、核電等現(xiàn)代工業(yè)的關(guān)鍵零構(gòu)架件正朝著復(fù)雜化、一體化、輕量化、高性能化方向發(fā)展，PEP 3D技術(shù)也已證實(shí)可滿足成形要求，成為高科技領(lǐng)域關(guān)鍵材料和核心部件制備鏈條中的一環(huán)，而且正以新優(yōu)勢更好地為粉末冶金“賦能“。

“賦能”并不是一個(gè)概念。升華三維團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)在該技術(shù)基礎(chǔ)上積累和沉淀了近10年，現(xiàn)在正在考慮“下一步進(jìn)階”，以用戶需求及行業(yè)應(yīng)用為導(dǎo)向，為“構(gòu)建3D打印的智造世界”做出更多探索和實(shí)踐。整個(gè)未來，我們都將穩(wěn)步前行，以數(shù)字化技術(shù)為粉末冶金高效賦能，為粉末冶金打開更為廣闊的天地作出貢獻(xiàn)。