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氮化硅除了具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨性、高抗彎強度、高冷熱沖擊等性能外。還具有優(yōu)異的電絕緣和透波等性能，可在復(fù)雜環(huán)境中使用，并能夠保持可靠性與使用壽命。適用于多孔氮化硅陶瓷透波功能件的制備和性能研究，升華三維利用PEP技術(shù)為氮化硅陶瓷輕量一體化殼體成型提供了一種更經(jīng)濟的增材制造方案。不僅能夠提高生產(chǎn)效率，降低成本，還能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形狀的設(shè)計，以滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)對透波功能件的嚴苛要求。

模型評估

基于PEP工藝擠出打印的特點，可設(shè)計出具有結(jié)構(gòu)中空和鏤空的形狀。同時還優(yōu)化了模型壁體的傾斜角度，可最大限度地免除額外支撐，可有效避免支撐結(jié)構(gòu)對內(nèi)壁多孔結(jié)構(gòu)的影響，并節(jié)省掉了后續(xù)的加工步驟。再通過PEP系統(tǒng)配套的UPRISE 3D軟件進行打印模擬，以確保打印過程的高效成型。

材料配置

升華三維氮化硅3D打印主要采用基于蠟基體系的氮化硅顆粒喂料（UPGM-Si3N4），其粒徑為2-4mm的不均勻顆粒，打印材料固含量約為40vol.%。材料開發(fā)工藝簡單，配料安全環(huán)保。用其制備的氮化硅殼體結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的透波、承載、防熱和抗沖擊等性能。在國防、航空航天、氣象等領(lǐng)域都具有應(yīng)用優(yōu)勢。

▲UPGM-Si3N4 3D打印材料

3D打印

氮化硅殼體結(jié)構(gòu)采用大尺寸獨立雙噴嘴3D打印機UPS-556打印成型，最大可實現(xiàn)500×500×600mm的大尺寸制備，成型后的生坯密度可達2.0g/cm3。最終生坯的整體尺寸在燒結(jié)后會存在一定收縮，但可通過軟件設(shè)置放大系數(shù)進行尺寸補償。UPS-556可在常規(guī)辦公環(huán)境下使用，無需氣氛，且穩(wěn)定性高，可實現(xiàn)長時間打印，支持氮化硅陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的大尺寸 、一體化成型。

▲氮化硅殼體結(jié)構(gòu)打印參數(shù)

▲氮化硅殼體結(jié)構(gòu)樣品生坯（來源：升華三維）

產(chǎn)品燒結(jié)

PEP工藝結(jié)合了3D打印技術(shù)和常壓燒結(jié)工藝，可以實現(xiàn)氮化硅陶瓷殼體輕量一體化的快速制造。燒結(jié)后可獲得近凈尺寸且性能一致性好的氮化硅產(chǎn)品。3D打印可以直接打印出所需的殼體形狀，而成熟的燒結(jié)工藝則確保了產(chǎn)品的高性能。且可靠性高，制備周期短，成本更低，可為氮化硅陶瓷增材制造提供完整的解決方案。

▲氮化硅殼體結(jié)構(gòu)燒結(jié)樣品（來源：升華三維）

PEP工藝利用3D打印與燒結(jié)工藝的優(yōu)勢結(jié)合，為氮化硅殼體結(jié)構(gòu)的制造提供了一種高效、便捷的新方法。升華三維一直致力于先進陶瓷增材制造的推廣及應(yīng)用。目前已具備氮化硅陶瓷構(gòu)件開發(fā)與生產(chǎn)能力，能實現(xiàn)大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)近凈尺寸成型。通過不斷地創(chuàng)新融合，PEP工藝有望在高性能氮化硅等先進陶瓷制造領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力和廣闊應(yīng)用前景。