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吳敏 

深圳升華三維科技有限公司創(chuàng)始人&CEO 

中南大學粉末冶金研究院博士

聚焦技術(shù)

Q：2023年貴公司在技術(shù)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(shù)也在不斷的迭代進階，現(xiàn)已構(gòu)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(chuàng)新的關(guān)鍵，基于PEP技術(shù)相繼推出了鎢、銅、硬質(zhì)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(wù)。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(yōu)勢，很好地解決鎢材料加工中極易出現(xiàn)的變形、裂痕、夾心等缺陷。在滿足復雜結(jié)構(gòu)、提升強度、耐用性和節(jié)省成本等多方面的需求的同時，獲得優(yōu)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(jié)構(gòu)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(zhì)量難以控制。而PEP技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jīng)廣泛應用于熱交換器、散熱器和電感應器等產(chǎn)品的開發(fā)。

▲升華三維制備的純銅結(jié)構(gòu)件

硬質(zhì)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(jié)構(gòu)較簡單的零部件。而PEP工藝采用打印與脫脂燒結(jié)分開的模式，很好地解決硬質(zhì)合金3D打印制備過程中極易出現(xiàn)的變形、裂紋、孔洞等問題。通過PEP工藝制備的硬質(zhì)合金構(gòu)件其致密度、均勻性、力學性能均能達到甚至超過傳統(tǒng)粉末冶金工藝，有望為硬質(zhì)合金更廣泛的應用打開新窗口。

▲升華三維制備的硬質(zhì)硬合金產(chǎn)品

在復雜結(jié)構(gòu)碳化硅(SiC)陶瓷制備方面，PEP工藝有效規(guī)避了大多數(shù)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(jié)合適宜的燒結(jié)工藝，使燒成的碳化硅陶瓷毛坯達到近凈成型，以減少后續(xù)加工量，并保證了產(chǎn)品性能滿足使用需求，這為實現(xiàn)高性能碳化硅陶瓷構(gòu)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(shù)既可以充分體現(xiàn)3D打印技術(shù)的復雜結(jié)構(gòu)、一體化、輕量化等技術(shù)特點，又能發(fā)揮粉末冶金可加工材料廣泛，加工成本低等技術(shù)優(yōu)勢。實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法達到的復雜結(jié)構(gòu)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(fā)、產(chǎn)品原型研發(fā)與批量化生產(chǎn)的需求。有利于3D打印技術(shù)在傳統(tǒng)制造業(yè)的普及和應用拓展。而更廣泛的材料適配，也是PEP技術(shù)助力粉末冶金行業(yè)智能化的關(guān)鍵，有望成為促進粉末冶金產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、轉(zhuǎn)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(shù)（PEP）工藝流程

PEP技術(shù)-粉末擠出3D打印技術(shù)（Powder Extrusion printing，PEP）是升華三維在金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù)體系基礎(chǔ)上，獨創(chuàng)的一種金屬/陶瓷顆粒材料3D打印工藝。PEP技術(shù)采用顆粒材料熔融擠出方式，實現(xiàn)金屬/陶瓷產(chǎn)品無模具化制備，節(jié)省了模具開發(fā)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(shù)（PIM）的相關(guān)工藝對產(chǎn)品進行脫脂和燒結(jié)，獲得性能一致且優(yōu)良的產(chǎn)品。PEP技術(shù)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(yè)的3D打印技術(shù)開發(fā)、材料開發(fā)和金屬/陶瓷產(chǎn)品開發(fā)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(lǐng)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(lǐng)域用戶，需要實現(xiàn)高比重鎢合金中空結(jié)構(gòu)的一體化部件制造，同時把關(guān)鍵功能件置于內(nèi)部，且需達到對外部輻射環(huán)境的屏蔽作用。經(jīng)過測試認證，該鎢合金屏蔽件成型良好、工藝參數(shù)穩(wěn)定、性能優(yōu)異，充分滿足了對輻射源屏蔽效果的要求。其在轉(zhuǎn)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(tǒng)制造技術(shù)難以解決的復雜結(jié)構(gòu)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(yī)療等制造業(yè)領(lǐng)域的復雜結(jié)構(gòu)、減重設(shè)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(tǒng)，藉由展開的高性能結(jié)構(gòu)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(guān)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(wèi)星發(fā)展和空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提升我國在遙感探測技術(shù)領(lǐng)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(guān)資料及數(shù)據(jù)來自研究團隊已公開專利）

▲經(jīng)后處理加工的~200mm 3D打印SiC陶瓷

聚焦可持續(xù)發(fā)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(xù)發(fā)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(shù)、企業(yè)文化、生態(tài)圈影響力等等）如何幫助實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展？

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

▲升華三維3D打印設(shè)計制造的汽車輕量化結(jié)構(gòu)件

除了輕量化零部件的制造，PEP技術(shù)還大量用于汽車零件的快速原型制造、修復和改裝等領(lǐng)域，如發(fā)動機部件、制動系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、底盤部件、輪轂等。國內(nèi)某機械制造商通過PEP技術(shù)實現(xiàn)了汽車零部件更加自由地設(shè)計和制造，有效提高產(chǎn)品性能和創(chuàng)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(shè)備，即可實現(xiàn)金屬/陶瓷產(chǎn)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(chǎn)品性能的同時縮短生產(chǎn)周期和減少投入成本。在汽車制造工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應用前景和發(fā)展空間。

▲升華三維PEP工藝制造的汽車金屬結(jié)構(gòu)件

3D打印技術(shù)已被視為可持續(xù)發(fā)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(huán)境污染。此外，3D打印還可以實現(xiàn)資源的循環(huán)利用和廢物的再利用，為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

升華三維作為國內(nèi)金屬／陶瓷間接3D打印技術(shù)的引領(lǐng)者，建成集材料、設(shè)備、工藝一體化的生態(tài)運營體系是促進公司可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。從升華三維PEP技術(shù)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(wěn)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(huán)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(huán)再使用，有效利用率高；升華三維團隊會根據(jù)客戶應用需求，在材料開發(fā)時就會完成了產(chǎn)品性能的把控，并對產(chǎn)品全制造周期作全面的評估和設(shè)計，幫助復雜幾何結(jié)構(gòu)部件一體化、輕量化等生產(chǎn)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(chǎn)品

聚焦行業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)

Q：目前限制3D打印在制造領(lǐng)域的滲透發(fā)展情況與挑戰(zhàn)主要呈現(xiàn)了哪些特點？

世界3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前已初具規(guī)模，中國在3D打印領(lǐng)域也扮演著重要的角色。盡管3D打印技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮?，但仍然存在一些局限性，限制?D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(tǒng)制造的實力。而3D打印技術(shù)的快速發(fā)展也帶來了一系列法律和知識產(chǎn)權(quán)問題，這給行業(yè)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(xiàn)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(yè)的發(fā)展。另外隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，應用領(lǐng)域越來越廣泛，面臨的各種安全隱患也會逐漸顯現(xiàn)，所以增材制造工藝安全防范也是行業(yè)內(nèi)需要重點關(guān)注的問題。

未來，全球3D打印產(chǎn)業(yè)仍將處于高速增長期，而中國在不斷突破技術(shù)壁壘的過程中，產(chǎn)業(yè)將持續(xù)增長，進入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化時期。雖然3D打印前景存在一定的不確定性，但其在醫(yī)療、航空航天、工業(yè)制造等領(lǐng)域的應用前景仍然廣闊。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和市場的逐漸成熟，相信3D打印行業(yè)將迎來新的機遇和挑戰(zhàn)。升華三維會密切關(guān)注行業(yè)動態(tài)，不斷深耕產(chǎn)業(yè)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(chuàng)新，爭當行業(yè)龍頭，快速響應市場需求，不斷給客戶帶來高性價比產(chǎn)品及服務(wù)體驗，為推進增材制造行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造更多的價值。