金屬FDM技術似乎具有比較高的門檻，在業(yè)內人員的印象中，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，金屬桌面打印技術被美國Markforged以及Desktop Metal兩家公司所獨有，但由于供應能力和應用所限，真正交付客戶使用的設備非常少。這給了國內金屬桌面打印技術發(fā)展的空間。

國產升華金屬FDM打印機及其產品

當前國內至少有兩家公司正在研發(fā)或者已經研發(fā)出金屬桌面打印技術，他們都為國內技術的發(fā)展做出了貢獻。本期的主角是一支叫做升華的團隊，他們具備深厚的專業(yè)知識和顯著的技術特色。接下來筆者將對他們的研發(fā)團隊、技術形式、產品性能等給予詳細分析。

研發(fā)團隊

深圳升華三維科技有限公司，核心成員均來自中南大學粉末冶金研究院，材料屆皆知，它是粉末冶金界的“黃埔軍校”、國內*為知名的粉末冶金機構。而黃伯云院士曾擔任粉末冶金研究院的院長。

技術方案

當前國內外金屬桌面打印技術，均是基于燒結的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度的高精度生坯制備，后續(xù)通過脫脂、燒結等粉末冶金工藝獲得性能一致的產品。

在打印過程中，升華團隊將金屬粉末與高分子粘結劑以一定比例混合均勻，通過恒壓擠出進入噴嘴，高分子材料在噴嘴中加熱熔化粘結金屬粉末并擠出成型。

我們將該團隊包含打印、脫脂和燒結的工藝稱為P-MEM工藝，并與Markforged以及Desktop Metal放在并列的位置進行比較：P-MEM工藝使用的材料為金屬粉與粘結劑的混合粉材；Markforged將兩者做成了絲材；Desktop Metal將其做成了棒材。簡言之，三家技術形式一致，材料組成一致，材料形式不一致。筆者認為，混合粉材對設備的適應性和拓展性更強。

技術特點

P-MEM技術利用了已發(fā)展超過30年、早已大規(guī)模應用的粉末注射成形技術（MIM），它使用3D打印機來替換需要模具的注射成形設備，通過3D打印直接實現(xiàn)零件成形；同時借助粉末注射成形技術在材料開發(fā)和脫脂燒結階段成熟穩(wěn)定的技術體系，*終實現(xiàn)高質量金屬部件的輸出。

與SLM、LENS技術相比，這種間接成型的工藝系統(tǒng)組成包含打印機、脫脂機和燒結爐，然而設備總成本更低，材料體系更廣泛、適應性更寬，產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工藝設備拓展性較強，主要在于成型材料的廣泛性。凡是可進行燒結的粉體材料，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，均可實現(xiàn)成型。

當前，該團隊已經實現(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；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。

技術門檻

基于燒結的金屬（陶瓷）FDM技術，擠出工藝不難，難在打通材料（配方）、打印、脫脂、燒結整個工藝鏈，哪個環(huán)節(jié)有問題、技術沒有解決，都要從頭再來。同時不同的材料，它們的整個工藝體系及參數(shù)都不一樣，這需要大量的實驗數(shù)據(jù)積累。

產品性能

這是筆者*次看到基于燒結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)應用需求。升華團隊針對其它材料的數(shù)據(jù)正在檢測中。

從升華團隊提供的產品表面粗糙度Ra檢測數(shù)據(jù)得知，在*佳打印層厚時，生坯的表面粗糙度為5μm，燒結后的產品表面粗糙度為2-4μm。如此小的表面粗糙度，使得燒結后的產品進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，采用升華團隊研發(fā)的桌面打印機，更換材料及噴頭之后即可打印陶瓷產品。同樣的，成型材料使用陶瓷粉末和粘結劑混合而成。下圖是采用打印并燒結完成的氧化鋯陶瓷產品，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技術的3D打印機，配套金屬3D打印專用脫脂爐和燒結爐，構成一套完整的金屬間接3D打印技術解決方案；配套陶瓷排膠爐和高溫燒結爐，則構成一套完整的陶瓷間接3D打印技術解決方案。UP-R200型3D打印機，操作方便簡潔，主要面對高職院校、科研院所和粉末冶金領域的客戶，適用于金屬或陶瓷間接3D打印技術開發(fā)、材料開發(fā)和產品快速原型制造。

金屬FDM技術的優(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，是一種先進的創(chuàng)新解決方案。該技術可以降低成本，顯著提高速度、安全性和打印質量。同時，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便宜5倍以上（僅打印機），擁有完整的工作平臺，可制作形狀復雜和各向同性的金屬零部件。

與現(xiàn)有的SLM技術相比，金屬FDM技術包含以下優(yōu)勢：

● 無需昂貴的工業(yè)設施確保安全運行：該工藝幾乎不會造成粉塵污染，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的部件，其安全性更接近于傳統(tǒng)的塑料FDM技術。

● 使金屬打印變得簡單：提供專用切片軟件，簡化整個工作流程，使工程師可以直接從計算機輔助設計（CAD）軟件轉到打印部件。同時，減少了對支撐設計和工程經驗的需求，輕松移除支撐結構。

● 提高原型設計的多功能性：旨在支持數(shù)百種用于批量生產的零件和原型制造材料。

背后故事

對于美國Desktop Metal公司，升華團隊一直對其保持好奇，究竟什么樣的技術可以直接冠名“金屬桌面”3D打印？ 2017年4月，美國Desktop Metal公司公布其技術及工藝特征，終于揭開其神秘面紗，恰好與升華團隊的技術路線一致！升華團隊在深感震驚的同時，也有一分慶幸，一分自豪。這說明了在原創(chuàng)性技術創(chuàng)新上，國內并不落后于國外，他們對金屬3D打印技術發(fā)展的思路和方向是正確的，同時也更堅定了走這條路的決心。

市場競爭

目前國內外越來越多的公司和團隊加入這種間接3D打印技術的開發(fā)和應用，技術路線看似簡單明了，但卻有著并不容易解決的技術難題。可以預見的是，2019年這種快速原型設備的市場競爭將會日益激烈。面對日新月異的3D打印新技術的涌現(xiàn)，如何在新技術的洪流中徐徐前行，值得每個公司去思考。

升華團隊認為在保證產品質量的前提下，一個公司的技術儲備及科研實力，更大程度上決定了一個公司能走多遠。而他們從設備、材料到軟硬件及前后端均積累了足夠的技術和經驗，已經走在了技術發(fā)展的前列。

點評

在國內3D打印當下的發(fā)展階段，不少企業(yè)消亡和興起此起彼伏，很多人會無視一個從未聽說過名字的企業(yè)。而恰恰有那么一些懷揣真才實學，有著深厚技術積累的團隊，在技術尚未發(fā)生深刻變革之前，砥礪前行，補足國內發(fā)展的欠缺。

就筆者與升華團隊的接觸來看，他們恰恰是這樣一支懷揣夢想、有專業(yè)知識和技術積累的年輕團隊。他們開發(fā)的產品不是空殼子，也不是花樣版，真正實現(xiàn)了質量保證，這為國內相關技術的發(fā)展開辟了一條道路，相信他們一定能從容應對2019年的市場競爭。