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氮化硅是一種高溫結構陶瓷材料，在加工上有較大的難度和局限。升華三維利用PEP技術直擊氮化硅材料傳統(tǒng)制造痛點，為氮化硅渦輪葉片的復雜結構一體化成型提供了便捷的增材制造方法。相比傳統(tǒng)粉末冶金工藝，可以大大加快產(chǎn)品的開發(fā)與商業(yè)化時間，極大地縮短了制造周期和生產(chǎn)成本。

模型評估

升華三維在應對傳統(tǒng)工藝加工的渦輪葉片模型基礎進行設計優(yōu)化，使得更適合3D打印模式下的制備。而采用PEP顆粒擠出方式打印葉片結構，在模型設計上具有獨特的優(yōu)勢，可在保證葉片懸浮角度滿足使用條件的情況下，最大限度地免除額外支撐，從而節(jié)省掉后續(xù)的加工步驟。再通過PEP系統(tǒng)配套的UPRISE 3D軟件進行打印模擬，以確保打印過程的高效成型。

▲渦輪葉片模型（來源：升華三維）

材料配置

氮化硅3D打印主要采用基于蠟基體系的氮化硅顆粒喂料（UPGM-Si3N4），其粒徑為2-4mm的不均勻顆粒。打印材料固含量約為40vol.%，用其制備的氮化硅產(chǎn)品具有優(yōu)異的耐高溫、耐磨、高冷熱沖擊等性能，在如航空發(fā)動機等高溫高溫及高速工況下，具有更好的高溫性能和更長的使用壽命。

▲UPGM-Si3N4 3D打印材料

3D打印

氮化硅渦輪葉片采用大尺寸獨立雙噴嘴3D打印機UPS-556打印成型，最大可實現(xiàn)（500×500×600mm）大尺寸陶瓷結構件制備，氮化硅渦輪葉片生坯密度可達2.0g/cm3。最終生坯的整體尺寸在燒結后會存在一定收縮，可通過軟件設置放大系數(shù)進行尺寸補償。再結合成熟的氮化硅傳統(tǒng)燒結工藝獲得性能一致性好的產(chǎn)品。UPS-556在常規(guī)辦公環(huán)境下可使用，無需氣氛，且穩(wěn)定性高，可實現(xiàn)長時間打印，支持氮化硅陶瓷復雜結構產(chǎn)品的大尺寸 、一體化成型。

▲氮化硅渦輪葉片打印參數(shù)

▲氮化硅渦輪葉片樣品展示

產(chǎn)品燒結

采用PEP制備的氮化硅陶瓷結構件，適用于傳統(tǒng)工藝常用的氮化硅燒結方法。客戶應根據(jù)設備條件、性能要求、成本預算、時間效率等多方面因素，選擇最適宜的燒結技術。氮化硅渦輪葉片采用了無壓燒結工藝，其燒結性能表現(xiàn)優(yōu)異，該產(chǎn)品經(jīng)過打磨、拋光等處理后，可滿足應用場景需求。

▲3D打印氮化硅渦輪葉片樣品（來源：升華三維）

升華三維一直致力于先進陶瓷增材制造的推廣及應用。目前已具備氮化硅陶瓷復雜結構件開發(fā)與生產(chǎn)能力，可為氮化硅陶瓷增材制造提供完整的解決方案。