吴敏 

深圳升华三维科技有限公司创始人&CEO 

中南大学粉末冶金研究院博士

聚焦技术

Q：2023年贵公司在技术上有哪些突破？您如何看待这些突破的价值？

近一年来，为了不断地满足市场应用需求，升华三维PEP技术也在不断的迭代进阶，现已构建成了一套完整的金属/陶瓷间接3D打印工艺解决方案。而特种材料的3D打印一直是升华三维创新的关键，基于PEP技术相继推出了钨、铜、硬质合金、碳化硅等3D打印颗粒材料，一举解决了特殊金属和特种陶瓷材料制造加工难等问题。

升华三维已完全掌握了钨及其合金的增材制造能力，且目前已推出高比重钨合金3D打印服务。因钨硬度和极高的熔点，使其成为难以攻克的3D打印材料，升华三维成功突破钨材料制造难点，基于PEP工艺低温成形，高温成性的优势，很好地解决钨材料加工中极易出现的变形、裂痕、夹心等缺陷。在满足复杂结构、提升强度、耐用性和节省成本等多方面的需求的同时，获得优异的均匀性、力学性能、热学性能。

▲升华三维制备的高比重钨合金结构件

纯铜3D打印因其高导热和高反射特性，常用激光类3D打印往往成形效率低，冶金质量难以控制。而PEP技术不需要高能激光束，以间接3D打印的方式完美驾驭纯铜材料，可打印出结构紧凑、流体通道复杂、重量更轻，尺寸更小、效率更高的纯铜零部件，目前已经广泛应用于热交换器、散热器和电感应器等产品的开发。

▲升华三维制备的纯铜结构件

硬质合金因具有高熔点和高硬度特性，从而导致它加工非常困难，常用的粉末冶金等方式只能制造结构较简单的零部件。而PEP工艺采用打印与脱脂烧结分开的模式，很好地解决硬质合金3D打印制备过程中极易出现的变形、裂纹、孔洞等问题。通过PEP工艺制备的硬质合金构件其致密度、均匀性、力学性能均能达到甚至超过传统粉末冶金工艺，有望为硬质合金更广泛的应用打开新窗口。

▲升华三维制备的硬质硬合金产品

在复杂结构碳化硅(SiC)陶瓷制备方面，PEP工艺有效规避了大多数3D打印SiC陶瓷方法受限等问题，从SiC的素坯成型工艺入手，并结合适宜的烧结工艺，使烧成的碳化硅陶瓷毛坯达到近净成型，以减少后续加工量，并保证了产品性能满足使用需求，这为实现高性能碳化硅陶瓷构件大尺寸、轻量化、一体化制备提供了新方法。

▲升华三维制备的碳化硅组件

PEP技术既可以充分体现3D打印技术的复杂结构、一体化、轻量化等技术特点，又能发挥粉末冶金可加工材料广泛，加工成本低等技术优势。实现传统工艺无法达到的复杂结构零部件制造，可大幅减少制造工序并缩短加工周期，能够同时满足材料开发、产品原型研发与批量化生产的需求。有利于3D打印技术在传统制造业的普及和应用拓展。而更广泛的材料适配，也是PEP技术助力粉末冶金行业智能化的关键，有望成为促进粉末冶金产业创新、转型升级的新工具，具有很高的应用价值。

粉末挤出3D打印技术（PEP）工艺流程

PEP技术-粉末挤出3D打印技术（Powder Extrusion printing，PEP）是升华三维在金属/陶瓷间接3D打印技术体系基础上，独创的一种金属/陶瓷颗粒材料3D打印工艺。PEP技术采用颗粒材料熔融挤出方式，实现金属/陶瓷产品无模具化制备，节省了模具开发的制造成本和时间成本。在得到具有一定密度和强度的生坯后，再利用成熟的金属/陶瓷粉末注射成形技术（PIM）的相关工艺对产品进行脱脂和烧结，获得性能一致且优良的产品。PEP技术可适配PIM工艺所用的金属/陶瓷粉末材料，适用于粉末冶金行业的3D打印技术开发、材料开发和金属/陶瓷产品开发制造。

聚焦市场

Q：能否举一两个案例分享一下贵公司的用户在其应用领域获得的最新收获?您如何看待这些收获的意义？

例如某能源领域用户，需要实现高比重钨合金中空结构的一体化部件制造，同时把关键功能件置于内部，且需达到对外部辐射环境的屏蔽作用。经过测试认证，该钨合金屏蔽件成型良好、工艺参数稳定、性能优异，充分满足了对辐射源屏蔽效果的要求。其在转运过程中的安全性也顺利通过测试。而利用PEP不仅可以解决钨在传统制造技术难以解决的复杂结构零件加工问题，还能为解决我国在航空航天、汽车、船舶、能源、化工、医疗等制造业领域的复杂结构、减重设计及加工制造等问题提供一种新路径。

▲升华三维PEP工艺制造的钨合金屏蔽件

而上海硅酸盐研究所利用PEP工艺的大尺寸独立双喷嘴打印机UPS-556系统，藉由展开的高性能结构陶瓷和陶瓷基复合材料等应用的研究取得重大进展，成功制备了碳化硅陶瓷光学元件等高附加值组件，获得广泛关注。而且PEP的颗粒材料打印方法避免了微重力条件下粉体打印潜在的危害，为未来空间3D打印提供了可能。此案例中的一体化、大尺寸、轻量化碳化硅反射镜的成功制备，可有力地支撑国家遥感卫星发展和空间基础设施建设，提升我国在遥感探测技术领域的核心竞争力。

▲上海硅酸盐研究所利用UPS-556成功制备的碳化硅陶瓷光学元件及其性能（*相关资料及数据来自研究团队已公开专利）

▲经后处理加工的~200mm 3D打印SiC陶瓷

聚焦可持续发展

Q：能否举一两个最新案例来透视贵公司是如何在可持续发展方面作出贡献的？您认为贵公司的核心竞争力（包括核心技术、企业文化、生态圈影响力等等）如何帮助实现可持续发展？

比如在汽车制造领域中，PEP技术已成功应用于制造汽车轻量化零部件，诸如发动机缸体、传动系统零部件、底盘和车身结构等。如下采用轻量化填充设计汽车金属结构零件3D打印案例中：设计工程师采用升华三维UPrise3D切片软件填充设置功能，对零件模型指定区域进行独特的晶格设计。通过PEP工艺实现复杂模型的打印成型和脱脂烧结，在不牺牲零件结构刚性和完整性的情况下，实现了轻量化的设计和制造，有效改进了其强度重量比，且节省了使用材料成本和废料的产生，为汽车制造行业的可持续发展要求提供了一种新的技术路径。

▲升华三维3D打印设计制造的汽车轻量化结构件

除了轻量化零部件的制造，PEP技术还大量用于汽车零件的快速原型制造、修复和改装等领域，如发动机部件、制动系统、悬挂系统、底盘部件、轮毂等。国内某机械制造商通过PEP技术实现了汽车零部件更加自由地设计和制造，有效提高产品性能和创新水平。且PEP工艺采用颗粒材料挤出方式，无需高能量激光设备，即可实现金属/陶瓷产品的成型制造，具有低温成型，高温成性的特点，可以在确保产品性能的同时缩短生产周期和减少投入成本。在汽车制造工业领域具有广阔的应用前景和发展空间。

▲升华三维PEP工艺制造的汽车金属结构件

3D打印技术已被视为可持续发展的重要推动力。通过3D打印，可以减少材料的浪费和能源的消耗，降低环境污染。此外，3D打印还可以实现资源的循环利用和废物的再利用，为可持续发展做出贡献。

升华三维作为国内金属／陶瓷间接3D打印技术的引领者，建成集材料、设备、工艺一体化的生态运营体系是促进公司可持续发展的重要举措。从升华三维PEP技术路线的选择上就可以看出，成型工艺非常简单，而且后处理工艺可直接采用粉末冶金成熟稳定的工艺体系，其投入和维护成本相对更低；采用颗粒材料挤出打印方式，可以更大程度上减少材料的浪费；PEP可适配PIM工艺所用的粉末材料，造粒工艺简单且环保，而PEP低温成形、高温成性的特点，使得打印的生坯可重新造粒循环再使用，有效利用率高；升华三维团队会根据客户应用需求，在材料开发时就会完成了产品性能的把控，并对产品全制造周期作全面的评估和设计，帮助复杂几何结构部件一体化、轻量化等生产进一步降低制造成本和应用能耗。

▲升华三维PEP工艺制造的金属/陶瓷产品

聚焦行业发展挑战

Q：目前限制3D打印在制造领域的渗透发展情况与挑战主要呈现了哪些特点？

世界3D打印产业发展目前已初具规模，中国在3D打印领域也扮演着重要的角色。尽管3D打印技术发展潜力巨大，但仍然存在一些局限性，限制了3D打印的应用范围和效率，如打印速度慢、材料选择有限、成本较高等，目前还不具备取代传统制造的实力。而3D打印技术的快速发展也带来了一系列法律和知识产权问题，这给行业带来了不确定性和风险。在市场需求方面，同样也仍然存在不确定性，现在还是有很多潜在应用客户对3D打印的认知和接受度有限，这也限制了行业的发展。另外随着3D打印技术的发展，应用领域越来越广泛，面临的各种安全隐患也会逐渐显现，所以增材制造工艺安全防范也是行业内需要重点关注的问题。

未来，全球3D打印产业仍将处于高速增长期，而中国在不断突破技术壁垒的过程中，产业将持续增长，进入大规模产业化时期。虽然3D打印前景存在一定的不确定性，但其在医疗、航空航天、工业制造等领域的应用前景仍然广阔。随着技术的不断发展和市场的逐渐成熟，相信3D打印行业将迎来新的机遇和挑战。升华三维会密切关注行业动态，不断深耕产业应用场景，扩展应用边界，抢抓市场机遇。我们也将顺应时代浪潮，坚持守正创新，争当行业龙头，快速响应市场需求，不断给客户带来高性价比产品及服务体验，为推进增材制造行业高质量发展创造更多的价值。