凭借高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，氮化硅已成为替代金属叶轮的理想材料。升华三维利用其创新的颗粒挤出增材制造（PEP）技术，为氮化硅陶瓷轻量一体化叶轮提供了一种更具成本效益的成型方案。该方案能够满足高温、腐蚀、高速等严苛工况的性能需求，同时显著缩短制造周期并降低生产成本，有力支持航空航天、能源等领域“设计-制造-性能”一体化的革新进程。

模型优化与评估

升华三维通过对客户提供的传统工艺叶轮模型进行针对性设计优化，使其更契合增材制造工艺特点。升华三维的PEP技术在打印轻量集成一体化叶轮结构上具备独特优势：能够在确保叶片悬浮角度满足使用要求的前提下，最大程度地免除额外支撑结构，从而简化后续处理工序。此外，升华三维提供的软件方案具备强大的填充结构生成功能，支持数十种晶格类型的快速生成，有效降低了模型设计的复杂性和专业性门槛。打印前，升华三维的UPRISE 3D软件可进行打印过程模拟，保障高效、可靠的成型效果。

▲ 氮化硅3D打印叶轮模型 ©升华三维

材料特性与配置

升华三维目前已成熟应用其自主研发的氮化硅陶瓷颗粒喂料（UPGM-Si3N4）。该材料基于蜡基体系开发，呈粒径2-4mm的不均匀颗粒形态。升华三维UPGM-Si3N4喂料的固含量约为40vol.%，以其制备的氮化硅部件展现出卓越的耐高温性、耐磨性以及抗高腐蚀性。在能源等领域面临的高温、腐蚀及高速运转环境中，升华三维的材料能够提供更优异的性能表现和更长久的使用寿命。

▲ 升华三维 UPGM-Si3N4 3D打印材料 ©升华三维

增材制造过程

轻量化氮化硅叶轮使用升华三维的大尺寸独立双喷嘴3D打印机（UPS-556）打印成型，成型尺寸为200×200×55mm。该设备最大可制备500×500×600mm的大型陶瓷构件。打印所得叶轮生坯密度为1.83g/cm³。需注意，生坯在后续烧结过程中会产生整体尺寸收缩，升华三维的软件系统可预设放大系数进行精确尺寸补偿。结合成熟的传统氮化硅烧结工艺，最终可获得性能均一的产品。升华三维的UPS-556设备环境适应性强，可在常规办公环境下稳定运行，无需气氛保护，支持长时间连续作业，为大尺寸、一体化复杂结构氮化硅陶瓷产品的制造提供了有力保障。

▲ 升华三维 氮化硅涡轮叶片打印参数 ©升华三维

烧结工艺与后处理

升华三维PEP技术成型的氮化硅陶瓷结构件，兼容传统工艺中常用的氮化硅烧结方法。客户可依据自身设备条件、性能指标要求、成本预算及时间效率等多方面因素，选择最适宜的烧结技术方案。展示的氮化硅涡轮叶片采用了无压烧结工艺，其烧结后性能表现优异。产品经升华三维建议的打磨、抛光等精加工处理后，即可满足实际应用场景的需求。

▲ 升华三维 PEP技术制备的氮化硅陶瓷轻量一体化叶轮样品 ©升华三维

▲ 升华三维 PEP打印氮化硅陶瓷标准件烧结性能参数 ©升华三维

升华三维技术价值与展望

升华三维的PEP技术成功实现了氮化硅叶轮的轻量化设计与高性能制备。这得益于升华三维在材料体系优化、设备技术创新与轻量化结构设计方面的协同突破。基于升华三维技术制备的氮化硅叶轮在高温、腐蚀等极端工况下展现出显著优势，已在能源、航天、工业装备等多个领域实现规模化应用。升华三维目前已经具备复杂结构氮化硅陶瓷部件的开发与全流程制造能力，可为相关增材制造需求提供完整的解决方案。随着升华三维技术的持续演进，氮化硅陶瓷与粉末挤出3D打印的深度融合，将为高端制造业开拓更为广阔的发展前景。