从“粉末冶金”进阶,看粉末挤出3D 打印技术如何赋能

3D打印资讯
2022
08/05
19:42
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来源:升华三维

从“制造”到“智造”,是全世界人类的梦想和追求。如今,随着智能制造系统的演化和先进制造业的快速发展,关键材料和核心部件成为制造产业链中的关键增长点,各种先进的零部件成形技术也正在奋力抓住这一机遇,绽放光彩。

粉末冶金制造技术借助节能节材、绿色环保和效率高、精度高等优势,被业界公认为是一种绿色、可持续的制造工艺技术。近年来,随着信息技术与制造业的进一步深度融合,各种前沿的3D打印技术也正在焕发活力,并获得蓬勃发展。

粉末冶金工艺的关键特点

粉末冶金技术集制粉、成形、烧结等多重工艺于一身,具有低成本、高效率、少(无)污染等显著特点。同时其作为增材制造(3D打印)的重要成型工艺,是中国制造2025的重要一环。

根据配方不同,粉末冶金零件的抗拉强度在170~1200MPa之间,相比传统零件制造工艺,具有如下特点:
·某些特殊性能材料的唯一制造方法(目前有很多复合材料产品性能优异, 只能通过粉末冶金才能加工出来);
·加工工艺流程短而简单,易于控制(机械加工十几道工序才能完成的产品在粉末金属工艺中,有时候几道工序就能实现);
·零件接近最终尺寸,表面光洁的,减少后续加工成本;
·节约能源,原料利用率高, 加工效率高(相对传统机加工切削工艺,粉末冶金节能60%,材料利用率高达95%);
·制品强度较低;流动性较差,形状受限制;
·压制成形的压强较高,制品尺寸较小;
·压模成本较高。

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为推进粉末冶金技术更广泛的应用和发展,目前粉末注射成形(Powder Injection Molding,PIM)、3D打印技术等快速成形技术斩崭露头角,使得粉末冶金不断朝着高致密化成、高性能化、集成化和低成本的方向持续升级。

站在客户角度:粉末注射成形再创新

PIM是一种制造高质量精密零件的近净成形技术,具有常规粉末冶金和机加工方法无法比拟的优势。从客户角度上看,产品的加工能力与成本效益会成为选择PIM的主要原因。

加工能力方面,PIM真正意义上实现了三维复杂零件的成形能力,能制造许多复杂形状的零件,如各种外部切槽、外螺纹、锥形外表面、交叉孔和盲孔、凹台与键销、加强筋板、表面滚花等;由于材料在流动状态下,均匀填充模腔成形,模腔内各点压力一致,密度一致,可以获得组织结构均匀、力学性能优异的近净成形零部件;PIM还可以实现不同材料零部件的一体化制造,并且材料的适应性广,自动化程度高。

成本效益方面,对于很多金属材料体系,PIM粉末成本高,但是PIM方法不像传统机加工进行切削,因此节约的成本最好要能够弥补原材料成本上的差距。同时,PIM的成本效益通常适用于大批量生产,只有生产批量足够大时,才能分摊模具成本;反之,在生产批量较低时,PIM就失去了话语权。

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△PEP工艺流程

为破除PIM过程中的限制与障碍,发展3D打印技术成为大势所趋。“3D打印+粉末冶金”相结合的金属/陶瓷间接3D打印技术——粉末挤出打印技术(Powder Extrusion printing,PEP),在国内由升华三维首推。它的基本工艺过程是:首先将金属/陶瓷粉末与有机粘结剂均匀混合造粒,然后经3D打印机成形后,将成形坯(生坯)中的粘结剂脱离,最后经烧结致密化,获得性能一致且优良的产品。

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△PEP解决方案的三大特征

PEP技术利用成熟的粉末冶金技术进行再创新,创新性地通过3D打印实现对材料的控制和成形,满足客户所需的金属/陶瓷零件的个性化定制。PEP方法通过无模具化的制备,节省了模具开发的制造和时间成本;拓展了高难度、高复杂性零件的加工能力,例如实现纯铜随形冷却流道的设计制造,复杂结构碳化硅陶瓷的大尺寸、轻量化、一体化制备等;提供了较直接3D打印技术成形更优的精度,打印设备、材料性价比更高,更有利用3D打印应用的推广及普及。

PEP 3D打印成功应用得益于以下优势组合:

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写在后面:这一切以用户需求及行业应用为导向

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他山之石可以攻玉,传统粉末冶金和新型PEP 3D打印并不是替代关系,而是迭代关系、优势互补,是智造发展的未来之路,是粉末冶金和数字技术融合发展之路、共生共赢之路。

目前应用于航空航天、船舶、核电等现代工业的关键零构架件正朝着复杂化、一体化、轻量化、高性能化方向发展,PEP 3D技术也已证实可满足成形要求,成为高科技领域关键材料和核心部件制备链条中的一环,而且正以新优势更好地为粉末冶金“赋能“。

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“赋能”并不是一个概念。升华三维团队目前已经在该技术基础上积累和沉淀了近10年,现在正在考虑“下一步进阶”,以用户需求及行业应用为导向,为“构建3D打印的智造世界”做出更多探索和实践。整个未来,我们都将稳步前行,以数字化技术为粉末冶金高效赋能,为粉末冶金打开更为广阔的天地作出贡献。



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