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并不是所有材料都適合于3D打印，受限于多種因素，材料對工藝也非常挑剔。

• 金、銀、銅等高反射金屬，對傳統(tǒng)SLM金屬3D打印設(shè)備所使用的激光波段吸收率極低，在成形過程中存在極大困難；

• 對于鉬、鎢、鉭等難熔金屬，傳統(tǒng)激光達到其熔點也并不容易；

• 對于具有熔點相差較大元素組成的合金材料，如鎢合金、黃銅等，由于各元素飽和蒸氣壓不同，基于粉末床的激光3D打印仍然難以保證合金中各成分的可控性。

總而言之，高反射金屬、難熔金屬、元素熔點差異大的合金，采用主流的金屬3D打印設(shè)備并沒有其他材料那般易于使用，從而為其應(yīng)用造成了重要障礙。陶瓷也是一樣，雖然當(dāng)前已經(jīng)有很多工藝可以成形，但也有開拓的空間。本文內(nèi)容，將介紹一條可行的、針對難成形材料的另一條解決途徑——基于燒結(jié)的擠出3D打印技術(shù)。

特殊金屬和陶瓷的可行3D打印技術(shù)

基于擠出的金屬打印技術(shù)采用金屬線材、粉末以及棒材作為成型材料，這種成型材料采用金屬粉末和粘結(jié)劑混合而成，雖然機器原理與高分子材料FDM系統(tǒng)非常相似，但關(guān)鍵的區(qū)別在于打印頭以及后處理環(huán)節(jié)。金屬機的擠出噴嘴具有施加金屬材料的特定屬性，首先打印出零件的生坯，然后通過燒結(jié)，制造出具有高致密度的零件。國際知名品牌Markforged、Desktop Metal均擁有代表性的產(chǎn)品。國內(nèi)方面，升華三維專注于采用擠出技術(shù)實現(xiàn)業(yè)內(nèi)難成形材料的3D打印，其推出有基于顆粒料擠出的3D打印設(shè)備、材料以及工藝。

升華三維基于擠出技術(shù)3D打印的金屬零件

其所開發(fā)的粉末擠出打印技術(shù)（Powder Extrusion printing，PEP），對原始粉末的球形度和流動性沒有嚴格要求，通過將混合有金屬粉末和聚合物粘結(jié)劑的顆粒料加熱成熔融膏狀流體，并將其逐層沉積來生產(chǎn)生坯，后經(jīng)脫脂和燒結(jié)后可形成具有所需結(jié)構(gòu)和高性能的合金零件。

基于該工藝，升華三維相繼開發(fā)出了適配于PEP粉末擠出工藝的材料，如不銹鋼、銅及銅合金、鎢及鎢合金、高溫合金、硬質(zhì)合金、難熔金屬等金屬材料，氧化鋯、氧化鋁、碳化硅、生物陶瓷等陶瓷材料，為解決特殊金屬和特種陶瓷材料制造加工難等問題開辟了3D打印解決方案。

鎢合金擠出3D打印技術(shù)應(yīng)用潛力

鎢因其良好的熱機械性能（如高熔點、高密度、高導(dǎo)熱性和適度的熱膨脹）而成為高溫應(yīng)用的首選材料，然而它的廣泛優(yōu)點也成為其難以加工的原因。除此之外，它的高硬度和極高的熔點，也使其成為難以攻克的3D打印材料。

鎢合金顆粒料

升華三維另辟蹊徑，擺脫傳統(tǒng)基于激光的金屬3D打印，利用擠出技術(shù)為鎢合金的3D打印開辟了另一條途徑。其自主研發(fā)了金屬聚合物復(fù)合材料UPGM-96WNIFE鎢合金顆粒料，粒徑8-14目。利用熱融擠出系統(tǒng)有效實現(xiàn)了對材料的一體化成形。采用打印與脫脂燒結(jié)分開的工藝模式，不僅縮短了制備周期，并且很好的解決了鎢材料加工中極易出現(xiàn)的變形、裂痕、夾心等問題。

擠出技術(shù)在鎢等難熔金屬3D打印領(lǐng)域的核心競爭力突出，相比其他3D打印工藝能夠更為有效的控制鎢合金的元素成分，后者在制造具有優(yōu)異機械性能全密度鎢合金方面存在困難。由于鎢及鎢合金采用傳統(tǒng)加工成本高且耗時，所能制造的零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度有限，利用擠出3D打印技術(shù)可以在一定程度上解決傳統(tǒng)制造技術(shù)難以解決的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件加工問題，還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(fù)雜結(jié)構(gòu)、減重設(shè)計及加工制造等問題提供一種新途徑。

純銅擠出3D打印技術(shù)應(yīng)用潛力

純銅具有廣泛的用途，也是備受關(guān)注的3D打印材料，其在導(dǎo)電器件、散熱器、隨形冷卻模具制造領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。但同時也由于銅導(dǎo)熱性和反射性高的屬性，純銅和銅金屬在金屬3D打印技術(shù)中往往會反射激光束，導(dǎo)致成形效率低，冶金質(zhì)量難以控制，使得打印的銅零件質(zhì)量不佳。因此，純銅極難使用基于激光的3D打印系統(tǒng)來加工。

銅打印樣品（來源:升華三維）

為了獲得高致密度或高導(dǎo)電導(dǎo)熱純銅制件，升華三維基于擠出工藝開發(fā)出了純銅顆粒料UPGM-CU，它是一種金屬聚合物復(fù)合材料，呈紫紅色，粒徑8-14目，呈近球形。

擠出技術(shù)不需要高能激光束，巧妙地避開了銅打印過程中的高導(dǎo)熱、高反射問題，以間接3D打印的方式完美駕馭純銅材料，克服了純銅材料3D打印制造的挑戰(zhàn)。升華三維利用擠出3D打印，創(chuàng)建了高度集成、復(fù)雜、貼合零部件表面的隨形冷卻通道，打印出結(jié)構(gòu)緊湊、流體通道復(fù)雜、重量輕，尺寸小、效率高的產(chǎn)品零部件，實現(xiàn)了高性能純銅組件制造的新突破。采用該技術(shù)可以用于熱交換器、散熱器和電感應(yīng)器的產(chǎn)品開發(fā)。

SiC陶瓷擠出3D打印技術(shù)應(yīng)用潛力

碳化硅陶瓷一直是特種陶瓷3D打印技術(shù)進一步拓展的挑戰(zhàn)之一，因為其在成型過程中會出現(xiàn)缺陷，如氣孔、裂紋、不均一性等，成型陶瓷器件難以抵抗脆性斷裂，極大地限制了其機械性能。而復(fù)雜幾何形狀的碳化硅陶瓷構(gòu)件往往難以用傳統(tǒng)的加工技術(shù)制造，這在很大程度上制約了碳化硅陶瓷的應(yīng)用。

基于擠出技術(shù)的優(yōu)勢，升華三維開發(fā)出了碳化硅顆粒料，它是一種陶瓷聚合物復(fù)合材料，呈灰色，粒徑8-14目，呈近球形顆粒。目前已實現(xiàn)了碳化硅陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的大尺寸、輕量化、一體化制備，且成功將碳化硅陶瓷制備商業(yè)化，為生產(chǎn)高性能碳化硅陶瓷零件打開了大門。

碳化硅樣品（來源:升華三維）

升華三維作為目前國內(nèi)具備金屬/陶瓷材料開發(fā)制備、金屬/陶瓷3D打印機研發(fā)生產(chǎn)、切片軟件開發(fā)到3D打印工藝、脫脂及燒結(jié)工藝一整套金屬/陶瓷間接3D打印工藝鏈及解決方案的供應(yīng)商。一直致力于面向解決金屬·陶瓷傳統(tǒng)制造工藝無法制造的難題，積極貫通金屬/陶瓷制造全鏈條、全流程、全配套的高附加值服務(wù)?；谏A三維搭載的系統(tǒng)性軟件與控制方法，可根據(jù)客戶產(chǎn)品開發(fā)需求進行多晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計與填充制造，快速落地應(yīng)用。

該工藝為科研教育、工業(yè)制造、航天航空、生物醫(yī)療、汽車、模具制造、新能源等領(lǐng)域智能制造提供了一種新的可行性3D打印解決方案。

注：本文內(nèi)容為升華三維與3D打印技術(shù)參考共同創(chuàng)作。