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吳敏 

深圳升華三維科技有限公司創始人&CEO 

中南大學粉末冶金研究院博士

聚焦技術

Q：2023年貴公司在技術上有哪些突破？您如何看待這些突破的價值？

近一年來，為了不斷地滿足市場應用需求，升華三維PEP技術也在不斷的迭代進階，現已構建成了一套完整的金屬/陶瓷間接3D打印工藝解決方案。而特種材料的3D打印一直是升華三維創新的關鍵，基于PEP技術相繼推出了鎢、銅、硬質合金、碳化硅等3D打印顆粒材料，一舉解決了特殊金屬和特種陶瓷材料制造加工難等問題。

升華三維已完全掌握了鎢及其合金的增材制造能力，且目前已推出高比重鎢合金3D打印服務。因鎢硬度和極高的熔點，使其成為難以攻克的3D打印材料，升華三維成功突破鎢材料制造難點，基于PEP工藝低溫成形，高溫成性的優勢，很好地解決鎢材料加工中極易出現的變形、裂痕、夾心等缺陷。在滿足復雜結構、提升強度、耐用性和節省成本等多方面的需求的同時，獲得優異的均勻性、力學性能、熱學性能。

▲升華三維制備的高比重鎢合金結構件

純銅3D打印因其高導熱和高反射特性，常用激光類3D打印往往成形效率低，冶金質量難以控制。而PEP技術不需要高能激光束，以間接3D打印的方式完美駕馭純銅材料，可打印出結構緊湊、流體通道復雜、重量更輕，尺寸更小、效率更高的純銅零部件，目前已經廣泛應用于熱交換器、散熱器和電感應器等產品的開發。

▲升華三維制備的純銅結構件

硬質合金因具有高熔點和高硬度特性，從而導致它加工非常困難，常用的粉末冶金等方式只能制造結構較簡單的零部件。而PEP工藝采用打印與脫脂燒結分開的模式，很好地解決硬質合金3D打印制備過程中極易出現的變形、裂紋、孔洞等問題。通過PEP工藝制備的硬質合金構件其致密度、均勻性、力學性能均能達到甚至超過傳統粉末冶金工藝，有望為硬質合金更廣泛的應用打開新窗口。

▲升華三維制備的硬質硬合金產品

在復雜結構碳化硅(SiC)陶瓷制備方面，PEP工藝有效規避了大多數3D打印SiC陶瓷方法受限等問題，從SiC的素坯成型工藝入手，并結合適宜的燒結工藝，使燒成的碳化硅陶瓷毛坯達到近凈成型，以減少后續加工量，并保證了產品性能滿足使用需求，這為實現高性能碳化硅陶瓷構件大尺寸、輕量化、一體化制備提供了新方法。

▲升華三維制備的碳化硅組件

PEP技術既可以充分體現3D打印技術的復雜結構、一體化、輕量化等技術特點，又能發揮粉末冶金可加工材料廣泛，加工成本低等技術優勢。實現傳統工藝無法達到的復雜結構零部件制造，可大幅減少制造工序并縮短加工周期，能夠同時滿足材料開發、產品原型研發與批量化生產的需求。有利于3D打印技術在傳統制造業的普及和應用拓展。而更廣泛的材料適配，也是PEP技術助力粉末冶金行業智能化的關鍵，有望成為促進粉末冶金產業創新、轉型升級的新工具，具有很高的應用價值。

粉末擠出3D打印技術（PEP）工藝流程

PEP技術-粉末擠出3D打印技術（Powder Extrusion printing，PEP）是升華三維在金屬/陶瓷間接3D打印技術體系基礎上，獨創的一種金屬/陶瓷顆粒材料3D打印工藝。PEP技術采用顆粒材料熔融擠出方式，實現金屬/陶瓷產品無模具化制備，節省了模具開發的制造成本和時間成本。在得到具有一定密度和強度的生坯后，再利用成熟的金屬/陶瓷粉末注射成形技術（PIM）的相關工藝對產品進行脫脂和燒結，獲得性能一致且優良的產品。PEP技術可適配PIM工藝所用的金屬/陶瓷粉末材料，適用于粉末冶金行業的3D打印技術開發、材料開發和金屬/陶瓷產品開發制造。

聚焦市場

Q：能否舉一兩個案例分享一下貴公司的用戶在其應用領域獲得的最新收獲?您如何看待這些收獲的意義？

例如某能源領域用戶，需要實現高比重鎢合金中空結構的一體化部件制造，同時把關鍵功能件置于內部，且需達到對外部輻射環境的屏蔽作用。經過測試認證，該鎢合金屏蔽件成型良好、工藝參數穩定、性能優異，充分滿足了對輻射源屏蔽效果的要求。其在轉運過程中的安全性也順利通過測試。而利用PEP不僅可以解決鎢在傳統制造技術難以解決的復雜結構零件加工問題，還能為解決我國在航空航天、汽車、船舶、能源、化工、醫療等制造業領域的復雜結構、減重設計及加工制造等問題提供一種新路徑。

▲升華三維PEP工藝制造的鎢合金屏蔽件

而上海硅酸鹽研究所利用PEP工藝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。而且PEP的顆粒材料打印方法避免了微重力條件下粉體打印潛在的危害，為未來空間3D打印提供了可能。此案例中的一體化、大尺寸、輕量化碳化硅反射鏡的成功制備，可有力地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。

▲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）

▲經后處理加工的~200mm 3D打印SiC陶瓷

聚焦可持續發展

Q：能否舉一兩個最新案例來透視貴公司是如何在可持續發展方面作出貢獻的？您認為貴公司的核心競爭力（包括核心技術、企業文化、生態圈影響力等等）如何幫助實現可持續發展？

比如在汽車制造領域中，PEP技術已成功應用于制造汽車輕量化零部件，諸如發動機缸體、傳動系統零部件、底盤和車身結構等。如下采用輕量化填充設計汽車金屬結構零件3D打印案例中：設計工程師采用升華三維UPrise3D切片軟件填充設置功能，對零件模型指定區域進行獨特的晶格設計。通過PEP工藝實現復雜模型的打印成型和脫脂燒結，在不犧牲零件結構剛性和完整性的情況下，實現了輕量化的設計和制造，有效改進了其強度重量比，且節省了使用材料成本和廢料的產生，為汽車制造行業的可持續發展要求提供了一種新的技術路徑。

▲升華三維3D打印設計制造的汽車輕量化結構件

除了輕量化零部件的制造，PEP技術還大量用于汽車零件的快速原型制造、修復和改裝等領域，如發動機部件、制動系統、懸掛系統、底盤部件、輪轂等。國內某機械制造商通過PEP技術實現了汽車零部件更加自由地設計和制造，有效提高產品性能和創新水平。且PEP工藝采用顆粒材料擠出方式，無需高能量激光設備，即可實現金屬/陶瓷產品的成型制造，具有低溫成型，高溫成性的特點，可以在確保產品性能的同時縮短生產周期和減少投入成本。在汽車制造工業領域具有廣闊的應用前景和發展空間。

▲升華三維PEP工藝制造的汽車金屬結構件

3D打印技術已被視為可持續發展的重要推動力。通過3D打印，可以減少材料的浪費和能源的消耗，降低環境污染。此外，3D打印還可以實現資源的循環利用和廢物的再利用，為可持續發展做出貢獻。

升華三維作為國內金屬／陶瓷間接3D打印技術的引領者，建成集材料、設備、工藝一體化的生態運營體系是促進公司可持續發展的重要舉措。從升華三維PEP技術路線的選擇上就可以看出，成型工藝非常簡單，而且后處理工藝可直接采用粉末冶金成熟穩定的工藝體系，其投入和維護成本相對更低；采用顆粒材料擠出打印方式，可以更大程度上減少材料的浪費；PEP可適配PIM工藝所用的粉末材料，造粒工藝簡單且環保，而PEP低溫成形、高溫成性的特點，使得打印的生坯可重新造粒循環再使用，有效利用率高；升華三維團隊會根據客戶應用需求，在材料開發時就會完成了產品性能的把控，并對產品全制造周期作全面的評估和設計，幫助復雜幾何結構部件一體化、輕量化等生產進一步降低制造成本和應用能耗。

▲升華三維PEP工藝制造的金屬/陶瓷產品

聚焦行業發展挑戰

Q：目前限制3D打印在制造領域的滲透發展情況與挑戰主要呈現了哪些特點？

世界3D打印產業發展目前已初具規模，中國在3D打印領域也扮演著重要的角色。盡管3D打印技術發展潛力巨大，但仍然存在一些局限性，限制了3D打印的應用范圍和效率，如打印速度慢、材料選擇有限、成本較高等，目前還不具備取代傳統制造的實力。而3D打印技術的快速發展也帶來了一系列法律和知識產權問題，這給行業帶來了不確定性和風險。在市場需求方面，同樣也仍然存在不確定性，現在還是有很多潛在應用客戶對3D打印的認知和接受度有限，這也限制了行業的發展。另外隨著3D打印技術的發展，應用領域越來越廣泛，面臨的各種安全隱患也會逐漸顯現，所以增材制造工藝安全防范也是行業內需要重點關注的問題。

未來，全球3D打印產業仍將處于高速增長期，而中國在不斷突破技術壁壘的過程中，產業將持續增長，進入大規模產業化時期。雖然3D打印前景存在一定的不確定性，但其在醫療、航空航天、工業制造等領域的應用前景仍然廣闊。隨著技術的不斷發展和市場的逐漸成熟，相信3D打印行業將迎來新的機遇和挑戰。升華三維會密切關注行業動態，不斷深耕產業應用場景，擴展應用邊界，搶抓市場機遇。我們也將順應時代浪潮，堅持守正創新，爭當行業龍頭，快速響應市場需求，不斷給客戶帶來高性價比產品及服務體驗，為推進增材制造行業高質量發展創造更多的價值。