2024年，对于升华三维来说是跌宕起伏的一年，但随着PEP技术在应用领域的深入发展，应用潜力也得以发挥。在设备方面，基于PEP我们推出可实现梯度结构材料打印的3D打印设备，以满足高校科研院所在梯度功能材料及产品开发上的需求；在金属材料应用方面，积极推动增材与传统制造的融合发展，在难熔金属、硬质合金及金属复合材料等拓展了诸多应用场景；针对难加工金属材料，公司推出了难熔金属3D打印服务方案，为超高温金属产品提供了一种更经济的增材制造方法。本文，将为大家分享升华三维这一年来在金属材�?D打印的应用进展、�/p>

特种金属材料的应用研穵�/span>

航天燃烧室随形流道一体化组件制备

在空间动力系统领域，难熔金属因能够在极端高温环境下保持机械性能，可应用于火箭发动机的涡轮叶片、燃烧室、喷嘴等。该应用开发产品为空间动力系统的热端部件，采用随形流道一体化设计，用于客户开发难熔金属航天燃烧室的认证组件、�/p>

该案例客户前期采用钨合金喂料来认证项目的应用需求，目前已进一步采用PEP制备钼、钽等高温部件，从而探寻最佳解决方案。PEP采用低温成型、高温成性方式，可有效地解决其他3D打印难熔金属过程中，极易出现的变形、裂纹、孔洞等问题，且能确保产品性能的一致性。采用PEP工艺来制备难熔金属热端部件，具有广泛应用前景和极高商业价值、�/p>

▲钨合金推进器组�?nbsp;©升华三维核工业用难熔金属多孔过滤组件

核工业领域需要使用钨、钼等难熔金属制造部件以适应其极端环境。升华三维PEP技术能够使得难熔金属多孔过滤组件实现快速一体化成形，大大优化了产品结构和使用效率。PEP工艺在核工业领域已实现商业化，能大幅降低核反应装置的应用开发和制造成本、�/p>

该批制备的钨合金过滤组件已完成交付，并获得了客户的认可。后续将共同突破更多难熔金属材料的制备，以加快新型组件的开发与生产、�/p>

▲新型核工业多孔过滤组件烧结样品 ©升华三维难熔金属推进器组件近净尺寸制备

钨等难熔金属，可以抵抗高温压力而保持其强度和形状，是火箭、高超音速和喷气推进应用的理想选择。升华三维PEP技术能够很好弥补其他工艺制造难熔金属的不足，可解决难熔金属快速开发及复杂结构制造等难题、�/p>

客户首次采用钨合金来认证该推进器组件的需求，烧结件性能经过测试可满足应用要求。目前已经在如铌等其他难熔金属材料进入结构性能进行小批量制备。PEP为在极端温度应用的空间推进器组件提供了理想的增材制造方案、�/p>

▲钨合金推进器组�?nbsp;©升华三维钨合金工业组件一体化制备

钨合金因其熔点高、硬度大等特点，传统工艺很难加工，甚至无法制备出形状复杂的钨结构件。而PEP工艺能通过3D打印方式来解决钨合金复杂结构成形难问题，再结合成熟的粉末冶金脱脂烧结工艺，来获得最终致密和性能优异的钨合金产品。随着PEP技术在钨合金应用领域的深入，产品实现能力获得了进一步的提升。现已为航空航天、国防工业、核工业及医疗等多个领域提供解决方案、�/p>

该产品客户通过PEP工艺实现该复杂组件的一体化生产，能显著减少钨合金产品的加工工序，且良品率高，节省了大量应用开发投入及生产成本、�/p>

▲钨合金工业设备组件烧结�?nbsp;©升华三维

高强韧硬质合金制备的研究

中南大学粉末冶金国家重点实验室与湖南博云东方粉末冶金有限公司合作，利用升华三维挤出增材制造装备UPS250，首次制得无孔隙、无裂纹，各向收缩均匀的高强韧两相WC-9Co硬质合金，首次制得无孔隙、无裂纹，各向收缩均匀的高强韧两相WC-9Co硬质合金，其相对密度约为99.7%，维氏硬度、横向断裂强度和断裂韧性分别达�?525±3HV30�?492±45MPa�?0.4±0.5 MPa·m1/2，综合力学性能与粉末冶金工艺制备的高性能硬质合金相当。相关成果发表在在国际顶级期刊《Additive Manufacturing》，期刊IF=11、�/p>

采用WC-Co硬质合金MEX-DS技术制备出近全致密两相WC-9Co硬质合金，其横向断裂强度达到�?492MPa，断裂韧性达到了20MPa·m1/2以上，将目前AM制备的WC-Co硬质合金横向断裂强度�?500-2000MPa�?000-3000 MPa（HIP处理）提高到�?000-4000MPa级，断裂韧性提高到�?0MPa·m1/2以上，综合力学性能明显优于目前报道的同类研究结果，与粉末冶金制备的同类产品相当。研究结果对解决当前硬质合金增材制造出现的难以消除的孔隙、裂纹及有害相等难题，发展硬质合金增材技术具有重要的意义、�/p>

‍‍‍‍图1 MEX WC-9Co硬质合金生坯微观结构

金属陶瓷复合材料制备的研穵�/p>

中南大学粉末冶金国家重点实验室周科朝教授团队以聚甲醛(POM)为主要粘合剂，开发了一种基于螺杆挤出方式的颗粒状原料。采用升华三维大尺寸独立双喷嘴打印机UPS-556，通过高流动填充打印策略，显著提升�?D构件层间结合强度，材料的相对密度与力学性能与传统注塑件接近，为高强度、致密金属陶瓷材料的提供新的技术思路。他们最新的研究成果发表在增材制造领域顶刊《Additive Manufacturing》上、�/p>

该团队采用固含量�?6vol%的原料，且通过(45°�?35°)高流量填充法制备出了高相对密度为96.7%的NiFe2O4-25（Cu-20Ni）金属陶瓷，其平均弯曲强度为173.5 MPa，接近注塑样品的178.4 MPa。且通过控制原料的打印参数和粘度，可以实现三维样品的长期高流量填充效果，可制备的结构复杂，性能稳定的大型PM制品。经过研究表明，通过高流量填充方法可以使用材料挤压工艺制造高质量的金属陶瓷复合材料，在复杂形状的阳极，切削工具和耐磨部件中具有潜在的应用前景、�/p>

▲不同填充路径打印方�?nbsp;©Additive Manufacturing

在特种材料应用领域，升华三维着眼于难熔金属及其合金材料的开发和应用制造。在传统粉末冶金基础上，已全面攻克了难熔金属产品的快速开发及复杂结构制造等难题。公司已推出了难熔金�?D打印服务方案，为高性能难熔金属结构提供了一种更经济的增材制造方法，适用于生产复杂、高性能的难熔金属结构件、�/p>

▲PEP可打印的难熔金属及其合金材料 ©升华三维

基于独立双喷嘴系统的金属材料复合打印

PEP技术能实现不同金属／陶瓷材料间的复合打印，这意味着应用场景也得到了进一步的扩展。基于独立双喷嘴系统，升华三维目前已开发有支撑打印、支撑连接打印、复合材料打印、不同部位指定材料打印、镜像打印、复制打印等，为不同材料的复合结构开发和应用提供支持、�/p>

▲独立双喷嘴3D打印机支持的打印模式 ©升华三维

双层梯度硬质合金制备双材料复合打印弥补了传统单材料打印的缺陷，尤其在聚合物基梯度功能结构制备中具有独特优势�?024�?0月，中南大学粉末冶金国家重点实验室与株洲金韦硬质合金有限公司科研团队，在3D打印梯度硬质合金在PDC衬底的应用研究中，采用间�?D打印工艺制备无η相高韧性渗碳梯度硬质合�?FGCCs)。本研究采用PEP工艺的独立双喷嘴3D打印机预置了仅外层贫碳的双层硬质合金生坯，通过预烧结渗碳制备了三组新型 FGCCs。为高性能PDC衬底双材料增材制造提供了解决思路。该研究成果发表在国际顶级期刊《Ceramics International》上、�/p>

本研究实现了η相的可控分布，其结果可为制备无η相高韧性渗碳FGCCs 提供新的思路。此外，该研究为高性能PDC衬底的增材制造提供了参考方法、�/p>

▲双层硬质合�?D打印模型示意�?nbsp;©Ceramics International

▲烧结与渗碳样品宏观形貌与金相图 ©Ceramics International

93W�?6W梯度功能材料制备一高校与升华三维的联合项目中，采用双喷嘴系统实现了难熔金属93钨合金和96钨合金的双材料打印，打出来的成品界面处无缺陷，γ相分布较为均匀。在航空航天、核能、太阳能、生物工程植入等领域具有极大的应用价值、�/p>

�?3W�?6W梯度材料 ©升华三维

金属双材料填充打印在一与高校科研项目中，采用了两种不同成分不锈钢材料进行复合打印，用于认证《金属双材料复合结构不同性能变化对功能件影响》研究的可行性。该案例利用了PEP工艺切片软件的晶格填充功能自动生成晶格骨架，再使用独立双喷嘴系统分别挤出骨架和晶格空隙填充材料，从而实现样品结构的制备。因两种材料成分接近，可使得两者能在优化后的同一套后处理工艺上实现烧结，最终获得了双材料结合致密，且冶金性能优异的样品、�/p>

▲不同成分不锈网材料复合打印 ©升华三维

梯度功能材料3D打印应用

2024年，升华三维在“上海TCT展”首发最新开发的梯度功能材料打印法及金属/陶瓷梯度功能材料3D打印机UPR-241。该技术与传统粉末冶金法形成优势互补，具有设计自由度高、工序简单、设备及材料成本低等优势，且可直接使用粉末冶金法的烧结等后处理工艺，能实现连续梯度层的复杂几何块状功能梯度材料的制备、�/p>

▲FGM粉末挤出3D打印技术原理示意图 ©升华三维

UPR-241采用了三螺杆双组份单喷嘴系统，通过三个阶段实现成分比例、混合与挤出材料组份的实时调控。控制颗粒材料按梯度设计自动调控混合打印成型，可实现材料的梯度连续性变化、�/p>

▲金�?陶瓷功能材料3D打印机UPR-241 @升华三维

随着梯度打印设备推向市场，升华三维一直在深化其在不同金属梯度功能材料的研发和应用。目前已助力多个科研高校实现梯度功能材料的制备。以下应用样品为与某高校联合开发的�?铜梯度功能材料制备项目，该设备为其提供设计模拟和不同成分结构的试验支持，让我们期待其科研成果的发布、�/p>

�?D打印的钨-铜梯度功能材料结构样� @升华三维

金属材料与加工制造是个跨多学科的融合应用，面临着诸多挑战。但也存在着巨大的应用空间，3D打印为金属制造带来了无限可能。在金属增材的道路上，升华三维将持续精研核心PEP技术，不断探索特种金属材料应用场景、�/p>

2025年，我们将进一步加快金�?D打印应用的全方位布局。突破材料边界和工艺限制，拓展前沿科学研究和应用生产，加速传统制造的智能化升级，为推进增材制造行业高质量发展创造更多的价值、�br/>