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憑借高強度、耐高溫、耐腐蝕等優異性能，氮化硅已成為替代金屬葉輪的理想材料。升華三維利用其創新的顆粒擠出增材制造（PEP）技術，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成本，有力支持航空航天、能源等領域“設計-制造-性能”一體化的革新進程。

模型優化與評估

升華三維通過對客戶提供的傳統工藝葉輪模型進行針對性設計優化，使其更契合增材制造工藝特點。升華三維的PEP技術在打印輕量集成一體化葉輪結構上具備獨特優勢：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構，從而簡化后續處理工序。此外，升華三維提供的軟件方案具備強大的填充結構生成功能，支持數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的氮化硅陶瓷顆粒喂料（UPGM-Si3N4）。該材料基于蠟基體系開發，呈粒徑2-4mm的不均勻顆粒形態。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出卓越的耐高溫性、耐磨性以及抗高腐蝕性。在能源等領域面臨的高溫、腐蝕及高速運轉環境中，升華三維的材料能夠提供更優異的性能表現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的大型陶瓷構件。打印所得葉輪生坯密度為1.83g/cm3。需注意，生坯在后續燒結過程中會產生整體尺寸收縮，升華三維的軟件系統可預設放大系數進行精確尺寸補償。結合成熟的傳統氮化硅燒結工藝，最終可獲得性能均一的產品。升華三維的UPS-556設備環境適應性強，可在常規辦公環境下穩定運行，無需氣氛保護，支持長時間連續作業，為大尺寸、一體化復雜結構氮化硅陶瓷產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 ?升華三維

燒結工藝與后處理

升華三維PEP技術成型的氮化硅陶瓷結構件，兼容傳統工藝中常用的氮化硅燒結方法。客戶可依據自身設備條件、性能指標要求、成本預算及時間效率等多方面因素，選擇最適宜的燒結技術方案。展示的氮化硅渦輪葉片采用了無壓燒結工藝，其燒結后性能表現優異。產品經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性能參數 ?升華三維

升華三維技術價值與展望

升華三維的PEP技術成功實現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化、設備技術創新與輕量化結構設計方面的協同突破。基于升華三維技術制備的氮化硅葉輪在高溫、腐蝕等極端工況下展現出顯著優勢，已在能源、航天、工業裝備等多個領域實現規模化應用。升華三維目前已經具備復雜結構氮化硅陶瓷部件的開發與全流程制造能力，可為相關增材制造需求提供完整的解決方案。隨著升華三維技術的持續演進，氮化硅陶瓷與粉末擠出3D打印的深度融合，將為高端制造業開拓更為廣闊的發展前景。