“3D打印+粉末冶金”重塑金属/陶瓷间接增材制造，升华三维PEP技术白皮书

序言

在高端制造迈向轻量化、集成化、极端工况化的今天，金属与陶瓷零部件正面临前所未有的性能挑战：更复杂的几何构型、更高服役温度、更强异质材料协同需求。传统减材加工与模具成型工艺在复杂结构、难熔材料、小批量定制面前逐渐触及工艺天花板。

粉末挤出打印技术（Powder Extrusion Printing，简称PEP），是由深圳升华三维科技有限公司（简称：升华三维）自主创新，提出的一种融合3D打印自由度与粉末冶金致密化优势的金属/陶瓷间接增材制造技术。它以"低温成型+高温成性"为核心工艺逻辑，无需激光器件，即可实现高性能金属、陶瓷及其复合材料零件的低成本、高兼容、可规模化制造。

本白皮书系统阐述PEP技术的原理、优势、产品体系、解决方案与行业前景，旨在为产业界、科研界及合作伙伴提供一份权威、系统、可引用的技术参考。

第一章 技术背景

1.1 增材制造的两大技术路线

金属与陶瓷的增材制造，历经数十年发展逐渐分化为两条路线：

直接路线：以SLM、EBM等为代表，高能量激光束直接熔化金属粉末逐层堆积。相对成熟，但面临设备成本高、高反射/高熔点材料难加工、热致缺陷等挑战。

间接路线：以PEP、BJ、DLP等为代表，利用低温成型生坯后经脱脂烧结致密化。嫁接粉末冶金等成熟工艺，以更低成本、更广材料兼容性成为产业化务实路径。

1.2 间接路线的产业价值

间接路线的产业价值在于开辟了一条低成本、广材料、易量产的增材制造新路径，有望将3D打印从“高精尖的小众工具”推向“普适性的大规模生产技术”。主要体现在以下几点：

大幅降本：设备相对便宜，工艺链配套可利用原有设备，能用传统粉末，废料还能回收，批量生产时综合成本优势巨大。

材料自由：几乎兼容所有金属和陶瓷粉末，特别擅长处理激光难以加工的钨、钼和陶瓷，为工程应用打开了广阔空间。

无缝量产：直接沿用粉末冶金行业的脱脂、烧结等成熟后端工艺，传统工厂无需换设备就能升级。

当一项技术以可接受的成本、在合理的时间内、以稳定的质量制造出传统工艺难以实现的复杂金属/陶瓷零件，它就具备了从实验室走向车间的关键条件。

第二章 PEP技术原理与工艺流程

2.1 技术定义

粉末挤出打印技术（PEP）是深圳升华三维科技有限公司在粉末注射成形技术（简称PIM，是金属粉末注射成形（MIM）与陶瓷粉末注射成形（CIM）的统称）的基础上，自主首创的的一种"3D打印+粉末冶金"相结合的金属/陶瓷间接3D打印方法。核心流程为：金属/陶瓷粉末与高分子粘结剂混炼成颗粒→颗粒熔融挤出制备生坯→脱脂烧结后处理→获得致密、性能优异的结构件。

▲粉末挤出打印技术原理示意图 ©升华三维

2.2 核心工艺流程

混炼造粒：金属/陶瓷粉末与粘结剂混炼成颗粒喂料，复用PIM成熟材料体系，兼容全品类粉体。

打印成型：颗粒喂料螺杆挤出、逐层堆积形成生坯，无高温熔融，规避热应力变形开裂。

脱脂：通常采用熔剂脱脂+热脱脂分步去除粘结剂，形成连通孔隙通道，获得棕坯。可沿用PIM成熟工艺。

烧结：棕坯高温烧结，粉末颗粒致密化，致密度可达96%–99%，性能接近锻件。

2.3 核心工艺逻辑

PEP技术本质——「低温成型，高温成性」。成型仅需约200℃左右让粘结剂流动；成性阶段烧结虽高温，但坯体已具最终形状。成型与成性的分离，是PEP区别于所有直接3D打印路线的根本特征。

第三章 PEP核心技术优势

PEP技术为粉末冶金行业数字化赋能，解锁3D打印在粉末冶金领域的应用，释放粉末冶金的潜能。主要的技术优势包括以下方面：

融合PIM工艺：可利用粉末注射成形（PIM）成熟稳定的技术体系，促进传统工艺路线的迭代升级，实现制造的个性化、智能化、社会化，以满足更高标准的工艺要求和应用需求，为大规模实现智能制造提供有力的技术支撑。

复合材料成型：基于PEP技术的3D打印设备采用独立双喷嘴设计，可以同时打印或者各自轮流打印金属、陶瓷、金属/陶瓷多材料以及金属/陶瓷复合材料，可实现金属/陶瓷高性能结构件、金属/陶瓷内部多孔复杂结构件和金属/陶瓷复合材料等应用开发。

材料适配强：可打印颗粒料或粉体，打印材料制备方便；对打印材料要求没有太多限制，具有类同于CIM和MIM工艺所用的粉末材料，几乎无止境的潜在材料清单为PEP技术大规模进入应用市场创造有利的客观条件。

成本可落地：由于挤压喷头系统构造原理和操作简单，与直接3D打印技术相比，缩减了对激光器件的投入和维护成本。并且打印设备、材料及打印成本更低，成形精度高，更有利于3D打印应用的推广及普及。

性能一致性好：PEP技术具有低温成形、高温成性的特性，合理的规避了快速热循环导致的冶金缺陷等问题。在打印过程中可以通过温控消除应力，打印样品在常温下强度大；

绿色环保：材料打印完成后，生坯可重新造粒循环再使用，环保且节省开支，有效利用率高。耗材价格相对便宜，打印成本低；

第四章 设备与材料体系

4.1 设备矩阵

▲PEP工艺3D打印设备矩阵 ©升华三维

4.2 双喷嘴系统复合打印功能

基于PEP技术的独立双喷嘴系统支持六大专属打印模式，构建系统化材料开发功能，拓展材料应用边界：

支撑打印：自动生成支撑结构，适配复杂内腔、悬空造型；

支撑连接：精准调控主体材料与支撑材料结合界面，保证生坯完整易剥离；

双材料复合打印：单一构件分区沉积两种材料，实现功能分区一体化成型；

指定区域打印：针对模型局部区域精准沉积目标材料，实现局部改性、局部功能强化；

镜像打印：对称构件同步成型，快速完成平行对照实验；

复制打印：同一模型同步制备多种材料版本，批量对比材料性能差异。

▲独立双喷嘴系统支持多种打印模式（示意过程为UPS-250设备）©升华三维

4.3 材料体系

▲PEP工艺已成熟应用的3D打印材料 ©升华三维

4.4 后处理与配套设备

升华三维基于PEP工艺提供：3D打印专用密炼造粒机（材料制备）、3D打印专用脱脂炉/真空脱脂烧结炉（后处理）、氧化物陶瓷烧结马弗炉，以及UPrise3D ARTISAN系列配套软件，构成完整工艺闭环。

第五章 解决方案

5.1 难熔金属解决方案

面向钨、钼、钽等难熔金属的复杂结构制造。采用"打印与烧结分开"模式，打印端利用螺杆挤出替代昂贵激光器，传统产业用户可利用原有脱脂烧结设备，大幅减少投入。低温成型、高温成性特性有效解决变形、裂纹、孔洞问题，保障一致性。

▲点击了解难熔金属3D打印解决方案详情

典型应用：钨合金镂空四棱台、发动机燃烧室组件、航空配重块、核工业过滤组件、人工椎体等。

▲PEP打印的难熔金属应用样品 ©升华三维

5.2 特种陶瓷解决方案

面向氮化硅、碳化硅等高性能陶瓷的中空集成化、复杂结构一体化、轻量化制备。PEP无粉尘、挤出即实体，根除"夹粉"；对材料光学特性无要求，配方开发难度低；擅长大尺寸、高孔隙率、复杂流道；烧结致密度高、批次一致性好。

▲点击了解氮化硅陶瓷3D打印解决方案详情

典型应用：氮化硅涡轮叶片、异型鼻锥、天线罩、人工椎体；碳化硅反射镜、微反应器、换热器等。

▲PEP打印的氮化硅应用样品 ©升华三维

5.3 梯度功能材料解决方案

升华三维开创了两条互补的梯度成型路径：

▲基于PEP的独立双喷嘴打印系统和三螺杆双组分单喷嘴打印系统

独立双喷嘴（DFGM非连续梯度）：阶梯式组分排布，适用于功能分区明确、低成本快速迭代的复合结构。

▲不同成分不锈钢材料复合打印（烧结） ©升华三维

三螺杆单喷嘴（CFGM连续梯度）：以UPR-241为代表，材料成分动态无级渐变，从根源消除界面热应力。

▲钨-铜梯度功能材料结构样品（生坯） ©升华三维

升华三维是业内少数同时掌握DFGM与CFGM两套完整制备方案的企业，可依托统一平台提供全链条一体化支撑。

第六章 应用领域

第七章 PEP与PIM的协同生态

粉末注射成型（PIM）是精密制造主流工艺，但在快速迭代、小批量定制、大尺寸成型、新材料验证场景下存在"隐形天花板"——模具成本高、小批量不经济、设计受限、尺寸受限、迭代缓慢。

PEP并非PIM的取代者，而是其数字化延伸与柔性补位者。二者同根同源：后处理完全一致、材料体系完全兼容，核心差异在于成型方式。

协同模式：PIM擅长「大批量造同款」，PEP擅长「多品种、小批量、快速制造复杂结构」。PEP先行试制+MIM规模化量产，共用材料与后处理产线。

第八章 行业趋势与技术展望

8.1 市场规模

根据行业分析机构SmarTech的数据，到2030年，仅金属粘合剂喷射和挤出式间接金属打印技术就将创造540亿美元（约3500亿人民币） 的零件产值，发展速度甚至超过主流金属3D打印技术。

据360iResearch 2026年1月报告，2025年全球功能梯度材料市场估值约14.9亿美元，预计2032年达28.1亿美元，CAGR约9.47%。3D打印梯度材料专用设备市场2025年约1.39亿美元，预计2032年达4.2亿美元，CAGR约17%。计入全产业链市场规模可达85–120亿美元，年增速超24%。

8.2 关键技术趋势

8.3 升华三维战略布局

已打通"喂料制备→生坯打印→脱脂烧结"全工艺闭环，并向下游开放材料配方定制服务，持续从3D打印设备供应商向金属/陶瓷整体工艺解决方案服务商转型。

第九章 关于升华三维

深圳升华三维科技有限公司（UPRISE 3D）成立于2017年6月，总部位于深圳，是中国金属/陶瓷间接3D打印技术的开拓者和领航者，国家高新技术企业。核心团队来自中国粉末冶金"黄埔军校"——中南大学粉末冶金研究院。

▲升华三维公司场景

公司践行"构建3D打印智造世界"的发展理念，致力于金属/陶瓷间接3D打印技术的推广及应用，秉持"提供卓越的3D打印解决方案及服务"的使命，为全球客户提供从金属/陶瓷3D打印机、多材料打印、后处理设备到打印服务的高性能金属/陶瓷间接3D打印整体解决方案。