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憑借高強度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，氮化硅已成為替代金屬葉輪的理想材料。升華三維利用其創(chuàng)新的顆粒擠出增材制造（PEP）技術(shù)，為氮化硅陶瓷輕量一體化葉輪提供了一種更具成本效益的成型方案。該方案能夠滿足高溫、腐蝕、高速等嚴苛工況的性能需求，同時顯著縮短制造周期并降低生產(chǎn)成本，有力支持航空航天、能源等領(lǐng)域“設計-制造-性能”一體化的革新進程。

模型優(yōu)化與評估

升華三維通過對客戶提供的傳統(tǒng)工藝葉輪模型進行針對性設計優(yōu)化，使其更契合增材制造工藝特點。升華三維的PEP技術(shù)在打印輕量集成一體化葉輪結(jié)構(gòu)上具備獨特優(yōu)勢：能夠在確保葉片懸浮角度滿足使用要求的前提下，最大程度地免除額外支撐結(jié)構(gòu)，從而簡化后續(xù)處理工序。此外，升華三維提供的軟件方案具備強大的填充結(jié)構(gòu)生成功能，支持數(shù)十種晶格類型的快速生成，有效降低了模型設計的復雜性和專業(yè)性門檻。打印前，升華三維的UPRISE 3D軟件可進行打印過程模擬，保障高效、可靠的成型效果。

▲ 氮化硅3D打印葉輪模型 ?升華三維

材料特性與配置

升華三維目前已成熟應用其自主研發(fā)的氮化硅陶瓷顆粒喂料（UPGM-Si3N4）。該材料基于蠟基體系開發(fā)，呈粒徑2-4mm的不均勻顆粒形態(tài)。升華三維UPGM-Si3N4喂料的固含量約為40vol.%，以其制備的氮化硅部件展現(xiàn)出卓越的耐高溫性、耐磨性以及抗高腐蝕性。在能源等領(lǐng)域面臨的高溫、腐蝕及高速運轉(zhuǎn)環(huán)境中，升華三維的材料能夠提供更優(yōu)異的性能表現(xiàn)和更長久的使用壽命。

▲ 升華三維 UPGM-Si3N4 3D打印材料 ?升華三維

增材制造過程

輕量化氮化硅葉輪使用升華三維的大尺寸獨立雙噴嘴3D打印機（UPS-556）打印成型，成型尺寸為200×200×55mm。該設備最大可制備500×500×600mm的大型陶瓷構(gòu)件。打印所得葉輪生坯密度為1.83g/cm3。需注意，生坯在后續(xù)燒結(jié)過程中會產(chǎn)生整體尺寸收縮，升華三維的軟件系統(tǒng)可預設放大系數(shù)進行精確尺寸補償。結(jié)合成熟的傳統(tǒng)氮化硅燒結(jié)工藝，最終可獲得性能均一的產(chǎn)品。升華三維的UPS-556設備環(huán)境適應性強，可在常規(guī)辦公環(huán)境下穩(wěn)定運行，無需氣氛保護，支持長時間連續(xù)作業(yè)，為大尺寸、一體化復雜結(jié)構(gòu)氮化硅陶瓷產(chǎn)品的制造提供了有力保障。

▲ 升華三維 氮化硅渦輪葉片打印參數(shù) ?升華三維

燒結(jié)工藝與后處理

升華三維PEP技術(shù)成型的氮化硅陶瓷結(jié)構(gòu)件，兼容傳統(tǒng)工藝中常用的氮化硅燒結(jié)方法。客戶可依據(jù)自身設備條件、性能指標要求、成本預算及時間效率等多方面因素，選擇最適宜的燒結(jié)技術(shù)方案。展示的氮化硅渦輪葉片采用了無壓燒結(jié)工藝，其燒結(jié)后性能表現(xiàn)優(yōu)異。產(chǎn)品經(jīng)升華三維建議的打磨、拋光等精加工處理后，即可滿足實際應用場景的需求。

▲ 升華三維 PEP技術(shù)制備的氮化硅陶瓷輕量一體化葉輪樣品 ?升華三維

▲ 升華三維 PEP打印氮化硅陶瓷標準件燒結(jié)性能參數(shù) ?升華三維

升華三維技術(shù)價值與展望

升華三維的PEP技術(shù)成功實現(xiàn)了氮化硅葉輪的輕量化設計與高性能制備。這得益于升華三維在材料體系優(yōu)化、設備技術(shù)創(chuàng)新與輕量化結(jié)構(gòu)設計方面的協(xié)同突破?；谏A三維技術(shù)制備的氮化硅葉輪在高溫、腐蝕等極端工況下展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，已在能源、航天、工業(yè)裝備等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?。升華三維目前已經(jīng)具備復雜結(jié)構(gòu)氮化硅陶瓷部件的開發(fā)與全流程制造能力，可為相關(guān)增材制造需求提供完整的解決方案。隨著升華三維技術(shù)的持續(xù)演進，氮化硅陶瓷與粉末擠出3D打印的深度融合，將為高端制造業(yè)開拓更為廣闊的發(fā)展前景。