氮化硅是一種高溫結(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)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(yīng)對傳統(tǒng)工藝加工的渦輪葉片模型基礎(chǔ)進行設(shè)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(jié)構(gòu)，在模型設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)后會存在一定收縮，可通過軟件設(shè)置放大系數(shù)進行尺寸補償。再結(jié)合成熟的氮化硅傳統(tǒng)燒結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)
采用PEP制備的氮化硅陶瓷結(jié)構(gòu)件，適用于傳統(tǒng)工藝常用的氮化硅燒結(jié)方法。客戶應(yīng)根據(jù)設(shè)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(jié)技術(shù)。氮化硅渦輪葉片采用了無壓燒結(jié)工藝，其燒結(jié)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(yīng)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(yīng)用。目前已具備氮化硅陶瓷復雜結(jié)構(gòu)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。
