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粉末注射成形（Powder Injection Molding, PIM）是一種將傳統(tǒng)粉末冶金技術與現代塑料注射成形工藝相結合的零部件成形技術。該技術是將粉末與粘結劑混合后注射到模具中形成零件的凈成形工藝，可最大限度地減少機加工量和節(jié)省原材料，解決了復雜形狀制品成形難的問題。

△PIM主要工藝流程（來源網絡）

• 設計靈活性：PIM技術可以制造出形狀復雜、尺寸精確的零件；

• 高效率：適合大批量生產，生產效率高；

• 材料利用率高：接近凈成形制造，材料浪費少；

• 材料范圍廣泛：可用于多種金屬和陶瓷材料的成形。

△MIM工藝制備的金屬產品（來源網絡）

粉末擠出打印（Powder Extrusion printing，PEP）技術是由升華三維推出的一種3D打印與PIM工藝相結合的金屬/陶瓷間接3D打印技術。該技術既充分體現了3D打印技術的復雜結構一體化、輕量化等技術特點，又能發(fā)揮PIM工藝可加工材料廣泛，加工成本低，工藝成熟等優(yōu)勢。能夠同時滿足材料開發(fā)、產品原型研發(fā)與批量生產的需求。以數字化技術賦能PIM技術的發(fā)展，實現傳統(tǒng)粉末冶金工藝的再創(chuàng)新。

• 采用了3D打印與PIM相結合的工藝，可實現幾何結構的高自由度設計，且無需模具，可降低開發(fā)和生產成本；

• 具有低溫成型、高溫成性的特性，可獲得性能一致且致密的優(yōu)良產品，適合大尺寸金屬/陶瓷零件的制造；

• 實現傳統(tǒng)工藝無法達到的復雜結構零件制造，可大幅減少制造工序并縮短加工周期，從而大大加快產品的開發(fā)與商業(yè)化時間；

• 打印設備結構原理簡單，不需要昂貴的高能量激光設備，整體工藝可充分利用粉末冶金的前后處理設備，極大地減少了投入成本；

• 設備維護方便，采用顆粒材料，且打印材料可循環(huán)使用，可有效降低運營成本；

▲升華三維打印金屬/陶瓷樣品

PEP工藝是基于粉末注射成形的新型3D打印技術，可同時用于制造具有復雜幾何、中空、輕量化等結構的金屬/陶瓷部件。本文主要以蠟基粘結劑體系的金屬注射成型（MIM）和陶瓷注射成型（CIM）這兩大PIM工藝與PEP作對比，探討三者之間的異同點，亟待促進材料科學與增材制造工藝在粉末冶金領域的廣泛應用。

▲蠟基粘結劑體系的CIM、MIM、PEP工藝對比

以下是CIM、MIM、PEP的異同點：

相同點

• 粉末基材料：這三種技術都使用金屬或陶瓷粉末作為原材料，通過特定的成型工藝制造出零件或產品；

• 成型過程：它們都涉及將粉末與粘結劑混合，然后通過成型工藝制造出近凈尺寸的零件；

• 復雜零件制造：三者都適用于制備復雜形狀的零件；

• 后處理：成型后的零件都需要經過燒結或熱處理過程，以提高密度和機械性能。

不同點

• 材料類型：CIM適用陶瓷粉體，MIM適用金屬粉體，PEP則金屬粉體及陶瓷粉體都適用；

• 粉體要求：粉末擠出3D打印與傳統(tǒng)粉末注射成形工藝對粉體要求及制備出的成品精度等存在一定差異；

• 粘結劑體系：CIM較多使用蠟基粘結劑體系，MIM更多使用塑基或者蠟基粘結劑體系，PEP可采用水基、塑基、蠟基，更多蠟基粘結劑體系；

▲蠟基粘結劑體系的CIM、MIM、PEP工藝異同點

• 成型方式：CIM和MIM需要使用模具，而PEP技術是采用逐層疊加3D打印成形方式，無需使用模具；

• 應用領域：PEP適用于制備傳統(tǒng)工藝或常規(guī)增材技術無法制造的高性能部件，如難熔金屬、硬質合金、先進陶瓷等，主要應用于核工業(yè)、國防工業(yè)、航空航天等領域。CIM常用于制造精密陶瓷零件，如電子器件、醫(yī)療設備等。MIM可廣泛應用于制造小型、復雜形狀的金屬零件，如汽車零件、手表零件等。

• 成本和效率：PEP在大尺寸或形狀復雜金屬/陶瓷部件的開發(fā)、小批量生產時，更具成本效益。CIM適合大批量生產小型、精密的陶瓷部件。MIM適合大批量生產小型、復雜形狀的金屬部件，且成本相對較低。

PEP作為注射成形工藝進化而來的一種創(chuàng)新增材制造技術，兼具著3D打印與粉末冶金的雙重優(yōu)點，能夠制造出傳統(tǒng)工藝難以實現的復雜形狀和結構，為設計師提供了更大的設計自由度。升華三維已自主開發(fā)了鎢及鎢合金、純銅、不銹鋼等金屬材料；碳化物、氮化物、氧化物、超導及超高溫等陶瓷材料；硬質合金等金屬陶瓷材料。已建成了完整的間接3D打印前后處理工藝流程，涵蓋了材料開發(fā)、密煉造粒機、3D打印機、脫脂燒結爐等全工藝鏈設備。

▲升華三維PEP工藝設備及打印材料

PEP技術市場潛力巨大，是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色制造技術，有助于減少能源消耗和環(huán)境污染。其借助數字化賦能粉末冶金行業(yè)，為傳統(tǒng)制造轉型升級提供支持。隨著PEP技術的不斷發(fā)展，有望與智能制造系統(tǒng)相結合，實現自動化、數字化生產，提高生產效率和產品質量。升華三維將持續(xù)開拓創(chuàng)新，發(fā)揮PEP獨特的工藝優(yōu)勢，在科研教育、工業(yè)制造、航天航空、國防、生物醫(yī)療、汽車、模具制造、新能源等應用行業(yè)進一步滲透。為傳統(tǒng)制造往未來制造發(fā)展的道路上，提供高性能金屬/陶瓷間接3D打印整體解決方案。