金屬FDM技術似乎具有比較高的門檻，在業內人員的印象中，FDM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或者已經研發出金屬桌面打印技術，他們都為國內技術的發展做出了貢獻。本期的主角是一支叫做升華的團隊，他們具備深厚的專業知識和顯著的技術特色。接下來筆者將對他們的研發團隊、技術形式、產品性能等給予詳細分析。

研發團隊

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技術利用了已發展超過30年、早已大規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打印直接實現零件成形；同時借助粉末注射成形技術在材料開發和脫脂燒結階段成熟穩定的技術體系，*終實現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，均可實現成型。

當前，該團隊已經實現17-4PH、304、316L不銹鋼系列，鈦及鈦合金，以及ZrO2陶瓷的穩定成型和燒結；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，哪個環節有問題、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都不一樣，這需要大量的實驗數據積累。

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據，可以看出零件性能高于傳統鑄件，略低于SLM，能夠滿足大多數應用需求。升華團隊針對其它材料的數據正在檢測中。

從升華團隊提供的產品表面粗糙度Ra檢測數據得知，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。

打印系統介紹

UP-R200正是深圳升華三維科技有限公司自主研發的采用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、材料開發和產品快速原型制造。

金屬FDM技術的優勢

金屬桌面打印系統改變了以往金屬打印和傳統制造的規則，是一種先進的創新解決方案。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，比現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。

與現有的SLM技術相比，金屬FDM技術包含以下優勢：

● 無需昂貴的工業設施確保安全運行：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。這說明了在原創性技術創新上，國內并不落后于國外，他們對金屬3D打印技術發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，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，已經走在了技術發展的前列。

點評

在國內3D打印當下的發展階段，不少企業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。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，在技術尚未發生深刻變革之前，砥礪前行，補足國內發展的欠缺。

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、有專業知識和技術積累的年輕團隊。他們開發的產品不是空殼子，也不是花樣版，真正實現了質量保證，這為國內相關技術的發展開辟了一條道路，相信他們一定能從容應對2019年的市場競爭。