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突破設計枷鎖：幾何自由度的革命

在航空航天減重增效、汽車節(jié)能減排及電子設備輕薄化的需求驅(qū)動下，金屬輕量化已成為現(xiàn)代制造業(yè)的核心挑戰(zhàn)。然而傳統(tǒng)鑄造、鍛造與機加工受限于模具依賴與材料去除，難以制造具有內(nèi)部復雜中空結構、精細點陣結構或薄壁特征的金屬部件，目前多依賴拼焊等工藝，降低了結構部件的可靠性，而特種金屬（如難熔金屬、硬質(zhì)合金等）就更難以實現(xiàn)。

▲傳統(tǒng)工藝制造的汽車輪轂（來源網(wǎng)絡）

升華三維粉末擠出3D打印（PEP）技術具有3D打印與粉末冶金工藝相結合的雙重優(yōu)勢，可結合MIM工藝從金屬的生坯入手，通過3D打印設備螺桿精密擠出系統(tǒng)快速打印出高自由度輕量化結構件，再結合適宜的燒結工藝，制造出滿足性能需要的金屬制品。該工藝允許設計師自由地創(chuàng)建任何形狀的結構，為金屬輕量化結構設計與應用帶來了革命性的變化。

實現(xiàn)輕量化與高性能的完美平衡

金屬輕量化的核心目標是在減輕重量的同時保持甚至提高材料的性能。PEP技術支持輕量化填充結構的自動生成和密度調(diào)控，升華三維目前已開發(fā)了30多種自定義“晶格填充結構”模型，可對產(chǎn)品的實體區(qū)域進行便捷的晶格填充結構設置，自動規(guī)劃打印路徑，均衡結構內(nèi)部應力。每種模式都有其獨特的優(yōu)勢，適用于特定的應用工況，實現(xiàn)快速輕量化、孔隙間距、孔形設計調(diào)整等需求。這些結構在減輕重量的同時，能夠通過合理的力學設計保持甚至增強部件的強度和剛度。此外，在打印過程中可通過調(diào)整工藝參數(shù)，如溫度、擠出速度、層厚等，來控制金屬粉末的堆積方式和燒結效果，進而優(yōu)化材料的微觀組織?？蓾M足不同應用場景對結構性能的多樣化需求。

降低成本，加速產(chǎn)品開發(fā)周期

在傳統(tǒng)的金屬制造工藝中，為了制造復雜結構的輕量化部件，往往需要投入大量的時間和成本用于模具設計與制造、工藝調(diào)試以及多道加工工序。而模具的制造周期長、成本高，一旦設計變更，就需要重新制造模具，這大大增加了產(chǎn)品開發(fā)的風險和成本。而PEP技術有效避免了模具開發(fā)的高昂成本，采用無模3D打印成型，為加速金屬產(chǎn)品開發(fā)并縮短工藝周期提供了支持。

PEP降本增效的獨特優(yōu)勢

消除模具成本：PEP采用數(shù)字驅(qū)動制造免除模具開發(fā)，工藝相對節(jié)省30-50%成本，尤其對于小批量、定制化的產(chǎn)品生產(chǎn)，成本優(yōu)勢更加明顯。

加速迭代周期：設計-原型周期相比傳統(tǒng)MIM工藝縮短70%，支持快速驗證。

材料高效利用：近凈成形使材料利用率超95%，顯著降低難熔金屬、硬質(zhì)合金等高成本材料損耗。進一步降低了生產(chǎn)成本。

推動可持續(xù)發(fā)展，助力綠色制造

在全球倡導可持續(xù)發(fā)展的大背景下，制造業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型成為必然趨勢。升華三維PEP技術在金屬輕量化結構設計與應用中：首先，通過實現(xiàn)金屬部件的輕量化設計，降低了產(chǎn)品在使用過程中的能源消耗。以交通運輸領域為例，汽車和飛機等交通工具的輕量化可以顯著減少燃油消耗，降低尾氣排放，對環(huán)境保護具有重要意義。其次，3D打印過程中材料利用率高，與傳統(tǒng)的材料去除加工方法相比，PEP技術只使用構建部件所需的材料，避免了大量材料被加工成碎屑而浪費，有效降低對原材料開采需求。展現(xiàn)出了對可持續(xù)發(fā)展的積極推動作用。

▲輕量化填充航空葉片模型（截取部分）生坯 ?升華三維

▲PEP設計制造的汽車輕量化結構件 ?升華三維

升華三維PEP打印工藝通過無模制造釋放設計自由度、微觀調(diào)控實現(xiàn)性能突破、數(shù)字鏈驅(qū)動降本增效、綠色工藝支持可持續(xù)發(fā)展，已成為特種金屬輕量化結構制造的核心技術。隨著PEP技術在難熔金屬、硬質(zhì)合金、梯度功能材料打印等關鍵應用材料的持續(xù)突破，PEP技術將有望在航天推進系統(tǒng)、新能源裝備等高端領域創(chuàng)造更大價值。