金屬FDM技術(shù)似乎具有比較高的門檻，在業(yè)內(nèi)人員的印象中，F(xiàn)DM即輸出絲材，而金屬絲材印象里似乎無法擠出成型。此前，金屬桌面打印技術(shù)被美國Markforged以及Desktop Metal兩家公司所獨(dú)有，但由于供應(yīng)能力和應(yīng)用所限，真正交付客戶使用的設(shè)備非常少。這給了國內(nèi)金屬桌面打印技術(shù)發(fā)展的空間。
國產(chǎn)升華金屬FDM打印機(jī)及其產(chǎn)品
當(dāng)前國內(nèi)至少有兩家公司正在研發(fā)或者已經(jīng)研發(fā)出金屬桌面打印技術(shù)，他們都為國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。本期的主角是一支叫做升華的團(tuán)隊(duì)，他們具備深厚的專業(yè)知識(shí)和顯著的技術(shù)特色。接下來筆者將對(duì)他們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)、技術(shù)形式、產(chǎn)品性能等給予詳細(xì)分析。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)
深圳升華三維科技有限公司，核心成員均來自中南大學(xué)粉末冶金研究院，材料屆皆知，它是粉末冶金界的“黃埔軍�！薄鴥�(nèi)*為知名的粉末冶金機(jī)構(gòu)。而黃伯云院士曾擔(dān)任粉末冶金研究院的院長。
技術(shù)方案
當(dāng)前國內(nèi)外金屬桌面打印技術(shù)，均是基于燒結(jié)的3D打印成形和粉末冶金的間接解決方案。3D打印首先完成具有一定強(qiáng)度的高精度生坯制備，后續(xù)通過脫脂、燒結(jié)等粉末冶金工藝獲得性能一致的產(chǎn)品。
在打印過程中，升華團(tuán)隊(duì)將金屬粉末與高分子粘結(jié)劑以一定比例混合均勻，通過恒壓擠出進(jìn)入噴嘴，高分子材料在噴嘴中加熱熔化粘結(jié)金屬粉末并擠出成型。
我們將該團(tuán)隊(duì)包含打印、脫脂和燒結(jié)的工藝稱為P-MEM工藝，并與Markforged以及Desktop Metal放在并列的位置進(jìn)行比較：P-MEM工藝使用的材料為金屬粉與粘結(jié)劑的混合粉材；Markforged將兩者做成了絲材；Desktop Metal將其做成了棒材。簡言之，三家技術(shù)形式一致，材料組成一致，材料形式不一致。筆者認(rèn)為，混合粉材對(duì)設(shè)備的適應(yīng)性和拓展性更強(qiáng)。
技術(shù)特點(diǎn)
P-MEM技術(shù)利用了已發(fā)展超過30年、早已大規(guī)模應(yīng)用的粉末注射成形技術(shù)（MIM），它使用3D打印機(jī)來替換需要模具的注射成形設(shè)備，通過3D打印直接實(shí)現(xiàn)零件成形；同時(shí)借助粉末注射成形技術(shù)在材料開發(fā)和脫脂燒結(jié)階段成熟穩(wěn)定的技術(shù)體系，*終實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量金屬部件的輸出。
與SLM、LENS技術(shù)相比，這種間接成型的工藝系統(tǒng)組成包含打印機(jī)、脫脂機(jī)和燒結(jié)爐，然而設(shè)備總成本更低，材料體系更廣泛、適應(yīng)性更寬，產(chǎn)品性能的一致性也更好。
上文筆者提到，基于混合粉材的P-MEM工藝設(shè)備拓展性較強(qiáng)，主要在于成型材料的廣泛性。凡是可進(jìn)行燒結(jié)的粉體材料，從不銹鋼、模具鋼、高溫合金、鈦合金、難熔金屬等金屬材料到氧化鋯、氧化鋁、碳化硅等陶瓷材料，均可實(shí)現(xiàn)成型。
當(dāng)前，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)17-4PH、304、316L不銹鋼系列，鈦及鈦合金，以及ZrO2陶瓷的穩(wěn)定成型和燒結(jié)；而模具鋼、氧化鋁、碳化硅、氮化硅等材料正處于工藝測試階段。
技術(shù)門檻
基于燒結(jié)的金屬（陶瓷）FDM技術(shù)，擠出工藝不難，難在打通材料（配方）、打印、脫脂、燒結(jié)整個(gè)工藝鏈，哪個(gè)環(huán)節(jié)有問題、技術(shù)沒有解決，都要從頭再來。同時(shí)不同的材料，它們的整個(gè)工藝體系及參數(shù)都不一樣，這需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累。
產(chǎn)品性能
這是筆者*次看到基于燒結(jié)工藝的金屬桌面打印制件性能數(shù)據(jù)，可以看出零件性能高于傳統(tǒng)鑄件，略低于SLM，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用需求。升華團(tuán)隊(duì)針對(duì)其它材料的數(shù)據(jù)正在檢測中。
從升華團(tuán)隊(duì)提供的產(chǎn)品表面粗糙度Ra檢測數(shù)據(jù)得知，在*佳打印層厚時(shí)，生坯的表面粗糙度為5μm，燒結(jié)后的產(chǎn)品表面粗糙度為2-4μm。如此小的表面粗糙度，使得燒結(jié)后的產(chǎn)品進(jìn)行粗略拋光后即可得到鏡面效果，減少了后處理的麻煩。
在陶瓷打印方面，采用升華團(tuán)隊(duì)研發(fā)的桌面打印機(jī)，更換材料及噴頭之后即可打印陶瓷產(chǎn)品。同樣的，成型材料使用陶瓷粉末和粘結(jié)劑混合而成。下圖是采用打印并燒結(jié)完成的氧化鋯陶瓷產(chǎn)品，孔隙*小尺寸可控制在50um。
打印系統(tǒng)介紹
UP-R200正是深圳升華三維科技有限公司自主研發(fā)的采用P-MEM技術(shù)的3D打印機(jī)，配套金屬3D打印專用脫脂爐和燒結(jié)爐，構(gòu)成一套完整的金屬間接3D打印技術(shù)解決方案；配套陶瓷排膠爐和高溫?zé)Y(jié)爐，則構(gòu)成一套完整的陶瓷間接3D打印技術(shù)解決方案。UP-R200型3D打印機(jī)，操作方便簡潔，主要面對(duì)高職院校、科研院所和粉末冶金領(lǐng)域的客戶，適用于金屬或陶瓷間接3D打印技術(shù)開發(fā)、材料開發(fā)和產(chǎn)品快速原型制造。
金屬FDM技術(shù)的優(yōu)勢
金屬桌面打印系統(tǒng)改變了以往金屬打印和傳統(tǒng)制造的規(guī)則，是一種先進(jìn)的創(chuàng)新解決方案。該技術(shù)可以降低成本，顯著提高速度、安全性和打印質(zhì)量。同時(shí)，它也是一款適用于快速原型制作的辦公友好型金屬3D打印系統(tǒng)，比現(xiàn)有激光金屬打印技術(shù)便宜5倍以上（僅打印機(jī)），擁有完整的工作平臺(tái)，可制作形狀復(fù)雜和各向同性的金屬零部件。
與現(xiàn)有的SLM技術(shù)相比，金屬FDM技術(shù)包含以下優(yōu)勢：
● 無需昂貴的工業(yè)設(shè)施確保安全運(yùn)行：該工藝幾乎不會(huì)造成粉塵污染，也不需要激光和線切割工具。僅需使用配備的材料和工藝即可制作高精度可重復(fù)的部件，其安全性更接近于傳統(tǒng)的塑料FDM技術(shù)。
● 使金屬打印變得簡單：提供專用切片軟件，簡化整個(gè)工作流程，使工程師可以直接從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件轉(zhuǎn)到打印部件。同時(shí)，減少了對(duì)支撐設(shè)計(jì)和工程經(jīng)驗(yàn)的需求，輕松移除支撐結(jié)構(gòu)。
● 提高原型設(shè)計(jì)的多功能性：旨在支持?jǐn)?shù)百種用于批量生產(chǎn)的零件和原型制造材料。
背后故事
對(duì)于美國Desktop Metal公司，升華團(tuán)隊(duì)一直對(duì)其保持好奇，究竟什么樣的技術(shù)可以直接冠名“金屬桌面”3D打印？ 2017年4月，美國Desktop Metal公司公布其技術(shù)及工藝特征，終于揭開其神秘面紗，恰好與升華團(tuán)隊(duì)的技術(shù)路線一致！升華團(tuán)隊(duì)在深感震驚的同時(shí)，也有一分慶幸，一分自豪。這說明了在原創(chuàng)性技術(shù)創(chuàng)新上，國內(nèi)并不落后于國外，他們對(duì)金屬3D打印技術(shù)發(fā)展的思路和方向是正確的，同時(shí)也更堅(jiān)定了走這條路的決心。
市場競爭
目前國內(nèi)外越來越多的公司和團(tuán)隊(duì)加入這種間接3D打印技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，技術(shù)路線看似簡單明了，但卻有著并不容易解決的技術(shù)難題。可以預(yù)見的是，2019年這種快速原型設(shè)備的市場競爭將會(huì)日益激烈。面對(duì)日新月異的3D打印新技術(shù)的涌現(xiàn)，如何在新技術(shù)的洪流中徐徐前行，值得每個(gè)公司去思考。
升華團(tuán)隊(duì)認(rèn)為在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，一個(gè)公司的技術(shù)儲(chǔ)備及科研實(shí)力，更大程度上決定了一個(gè)公司能走多遠(yuǎn)。而他們從設(shè)備、材料到軟硬件及前后端均積累了足夠的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)走在了技術(shù)發(fā)展的前列。
點(diǎn)評(píng)
在國內(nèi)3D打印當(dāng)下的發(fā)展階段，不少企業(yè)消亡和興起此起彼伏，很多人會(huì)無視一個(gè)從未聽說過名字的企業(yè)。而恰恰有那么一些懷揣真才實(shí)學(xué)，有著深厚技術(shù)積累的團(tuán)隊(duì)，在技術(shù)尚未發(fā)生深刻變革之前，砥礪前行，補(bǔ)足國內(nèi)發(fā)展的欠缺。
就筆者與升華團(tuán)隊(duì)的接觸來看，他們恰恰是這樣一支懷揣夢想、有專業(yè)知識(shí)和技術(shù)積累的年輕團(tuán)隊(duì)。他們開發(fā)的產(chǎn)品不是空殼子，也不是花樣版，真正實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量保證，這為國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展開辟了一條道路，相信他們一定能從容應(yīng)對(duì)2019年的市場競爭。
推薦企業(yè)
