難熔金屬的“香餑餑”——升華三維使用PEP 3D打印技術(shù)制備鎢基金屬產(chǎn)品

來源：升華三維

鎢基金屬材料,，包括鎢、鎢合金和鎢基金屬基復(fù)合材料,，作為難熔金屬的一種，其快速原型制造一直屬于極具挑戰(zhàn)性的工作,�,；�于高端��(yīng)用領(lǐng)域需求的高品質(zhì)，傳統(tǒng)制造工藝日益展現(xiàn)出不同的弊端,，如較高的孔隙率,、熔化不足、微觀組織相關(guān)的韌脆轉(zhuǎn)變等,，而3D打印作為智能制造的關(guān)鍵性技術(shù),，正以一種推動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)方式變革的新路徑成為市場認(rèn)可的 “香餑餑”。由于其整體材料經(jīng)濟(jì)性,、制造過程和打印結(jié)構(gòu)的自由度,、跨尺度材料構(gòu)建的便捷性等特點(diǎn)，日益受到學(xué)術(shù)界研究和工業(yè)界應(yīng)用的青睞,，也日益成為了重要的先進(jìn)制造手段,。

傳統(tǒng)制造技術(shù)制備鎢基金屬產(chǎn)品——無法滿足要求
鎢及鎢合金屬于典型的高熔點(diǎn)難熔金屬,，超高的密度、硬度,、光澤度和質(zhì)感,，耐腐蝕性、延展性及導(dǎo)熱性好,，電性能優(yōu)良,，抗拉強(qiáng)度高，低熱膨脹,，吸收射線能力強(qiáng),，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、國防軍工,、航空航天,、電子信息、能源,、化工冶金,、核工業(yè)等諸多領(lǐng)域。

△鎢合金穿甲彈（來源：網(wǎng)絡(luò)）

近年隨著醫(yī)療器械,、國防軍工和航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展,，對鎢材零部件結(jié)構(gòu)提出更高要求，如具有薄壁,、曲面,、彎曲管道、孔和槽等特征,，利用傳統(tǒng)制造技術(shù)制備鎢基金屬產(chǎn)品,，主要存在以下問題：1、由于較高的熔點(diǎn)和低溫脆性,，一般的鑄造和機(jī)加工方法無法制備鎢或鎢合金材,；2、即使采用粉末冶金方法,，所得常規(guī)燒結(jié)態(tài)的鎢材存在密度低,、強(qiáng)度低、塑性差以及雜質(zhì)含量難以控制等缺點(diǎn),；3,、鎢材零部件的結(jié)構(gòu)有薄壁、曲面,、孔,、槽以及彎曲管道等特征，采用粉末冶金方法難以實(shí)現(xiàn)成形。

PEP 3D打印技術(shù)制備鎢基金屬產(chǎn)品——滿足實(shí)際應(yīng)用需求
為解決上述問題,，升華三維的“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)——粉末擠出打印技術(shù)（PEP）,，打破了傳統(tǒng)的制造模式，能夠在無模具的情況下將鎢基金屬材料成型,，然后再結(jié)合傳統(tǒng)的脫脂燒結(jié)等工藝進(jìn)行后處理,，獲得最終的強(qiáng)度。這樣通過低溫段成形,，高溫段成性,，可以確保產(chǎn)品性能的一致性，從而獲得滿足實(shí)際應(yīng)用需求的產(chǎn)品,。

△粉末擠出打印技術(shù)（PEP）

該技術(shù)的優(yōu)勢主要有：
1,、無需開模，操作簡單,，敏捷成形,；
2、為產(chǎn)品功能而設(shè)計(jì)優(yōu)化,，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造工藝無法實(shí)現(xiàn)的幾何形狀,；
3、成本降低90%,，效率提升10~100倍,，制造周期大幅縮減；
4,、3D打印成形+粉末冶金燒結(jié),，獲得產(chǎn)品性能一致且優(yōu)良；
5,、材料可循環(huán)利用,；
6、可利用粉末注射成形成熟穩(wěn)定的技術(shù)及材料體系,，滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求,；
7、批量化燒結(jié)處理,，可規(guī)模化制造,。

推薦鎢基金屬產(chǎn)品的制備方案
UPS-556 3D打印機(jī) & 鎢合金顆粒料（UPGM-96WNIFE）

大尺寸獨(dú)立雙噴嘴3D打印機(jī)UPS-556
設(shè)備特點(diǎn)

• 成形尺寸：500mm×500mm×600mm
• 可基于PIM的材料進(jìn)行二次開發(fā)及適配,，材料可循環(huán)利用
• 負(fù)壓吸附成型平臺(tái)，安裝拆卸十分便捷
• 自動(dòng)進(jìn)料功能,，可實(shí)現(xiàn)無人看守長時(shí)間打印
• 噴嘴自動(dòng)擦拭功能,，緩解噴嘴粘料現(xiàn)象
• 內(nèi)置熱風(fēng)控制系統(tǒng)，保證腔室內(nèi)恒溫環(huán)境
  

鎢合金顆粒料 UPGM-96WNIFE
UPGM-96WNIFE是一種金屬聚合物復(fù)合材料，呈灰色,，粒徑在8-14目的近球形顆粒,，可用于生產(chǎn)鎢合金的金屬部件。通過升華三維3D打印機(jī)逐層快速打印出你預(yù)設(shè)的模型生坯,，然后經(jīng)過脫脂和燒結(jié)工藝,，得到最終致密的金屬部件。

△升華三維鎢合金燒結(jié)件力學(xué)性能

鎢材應(yīng)用案例
材料,、設(shè)備,、工藝三位一體整合
升華三維通過對金屬3D打印設(shè)備的升級、打印材料配方以及對鎢材3D打印工藝的系統(tǒng)性研究,，已掌握鎢材的金屬3D打印能力,。打印好的鎢合金部件具有超高的密度、硬度,，良好的光澤度和質(zhì)感,，延展性及導(dǎo)熱性好，電性能優(yōu)良,，抗拉強(qiáng)度高,，吸收射線能力強(qiáng)。

△鎢合金樣品展示（樣品來源：升華三維）

在鎢基金屬產(chǎn)品的3D打印過程中,，材料,、設(shè)備和工藝是影響最終質(zhì)量的三個(gè)基本要素，圍繞這些要素,，升華三維通過與材料供應(yīng)商,、科研院所、下游用戶等多方聯(lián)合進(jìn)行新材料和針對性工藝的開發(fā)以及設(shè)備的升級迭代,。例如針對高比重鎢合金材料的開發(fā),，升華三維聯(lián)合天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用UPS-556開發(fā)了合適的打印工藝，成功制備了高密度99.1±0.2%（見下表）,，拉伸強(qiáng)度801MPa,，延伸率為22.1%（見下圖），沒有缺陷的高比重鎢合金（96W-2.7Ni-1.3Fe）,。熱處理后,，性能進(jìn)一步提高拉伸強(qiáng)度為838MPa，延伸率達(dá)到26.1%,。

△不同燒結(jié)條件下的硬度和相對密度表

△熱處理前后拉伸曲線圖

對于難熔金屬材料而言,，PEP技術(shù)是一種創(chuàng)新性的3D打印方法。未來醫(yī)療器械,、國防軍工和航空航天等領(lǐng)域的需求發(fā)展可能對含鎢超級合金和高比重鎢合金有利,，預(yù)計(jì)到2029年,，鎢在超級合金中的消費(fèi)量年增長率將達(dá)到8%。PEP技術(shù)的應(yīng)用,，不僅可以解決鎢材傳統(tǒng)制造技術(shù)難以解決的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的加工制造問題,，還能為解決我國航空航天、汽車,、船舶,、能源、化工,、醫(yī)療等廣大制造業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件減重設(shè)計(jì)及制造問題提供一種新的解決途徑,。