從開拓到領(lǐng)先，升華三維不斷撬動(dòng)鎢材料3D打印零件的附加值

來(lái)源：升華三維


導(dǎo)讀：在2019年,，升華三維便成功攻克了難熔金屬鎢材料的打印工藝，實(shí)現(xiàn)鎢材料的粉末擠出3D打印成形,，成為國(guó)內(nèi)較早攻克3410±20°C鎢材料3D打印技術(shù)難題的企業(yè)之一,。

鎢是稀有的高熔點(diǎn)金屬，保持有“耐高溫冠軍”稱號(hào),。由于鎢及鎢合金具有高密度,、高硬度、熱膨脹系數(shù)低,、良好的抗腐蝕性能和熱電子發(fā)射能力等一系列優(yōu)良特點(diǎn),，鎢及鎢合金材料的成功開發(fā)與3D打印技術(shù)成形，將助推升華三維開辟鎢材料更廣闊的應(yīng)用市場(chǎng),。

其中,，與天津大學(xué)材料學(xué)院、中南大學(xué)粉末冶金研究院共同完成的采用粉末擠出打印技術(shù)（Powder Extrusion printing,，PEP）打印高性能高比重鎢合金的項(xiàng)目,，成為升華三維3D打印設(shè)備與科研院校在難熔金屬材料研發(fā)領(lǐng)域深化合作的標(biāo)志性成果。

對(duì)于高比重鎢合金,，由于成分多樣,，性能差異大，熔點(diǎn)最高相差2400℃,，且各元素飽和蒸氣壓不同,，即使采用選區(qū)激光熔化技術(shù)（SLM）也無(wú)法保證各合金成分的可控性和精確性，而PEP技術(shù)通過“低溫段成形,，高溫段成性”的方式有效解決了這個(gè)問題,。

△升華三維聯(lián)合天津大學(xué),、中南大學(xué)
成功制備高密度、無(wú)缺陷的高比重鎢合金（96W-2.7Ni-1.3Fe）

項(xiàng)目通過確定合適的熱脫脂和兩步燒結(jié)工藝成功制備了高密度99.1±0.2%,，沒有缺陷的高比重鎢合金（96W-2.7Ni-1.3Fe）,。熱處理后，性能進(jìn)一步提升,，且成分精確可控,，無(wú)論是在燒結(jié)過程還是熱處理過程都不會(huì)產(chǎn)生脆性相。

研究成果的成功取得,，進(jìn)一步加強(qiáng)了該技術(shù)與航空航天,、國(guó)防軍工、醫(yī)療器械,、電子信息,、核工業(yè)等行業(yè)深度融合的更大可能，也標(biāo)志著升華三維3D打印設(shè)備又一次邁入了新的高度,。

航空領(lǐng)域
鎢元素普遍存在于航空領(lǐng)域的應(yīng)用中,，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪、航空配重塊,、芯片散熱器等,。升華三維的鎢材料打印技術(shù)可以制造和優(yōu)化這些零件結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)使用壽命,，減少安全事故的發(fā)生和提高運(yùn)輸效率,。其經(jīng)燒結(jié)后的鎢合金航空配重塊具有很高的抗拉強(qiáng)度、良好的耐蠕變性和高的質(zhì)量/大小比例,，可實(shí)現(xiàn)在有限空間內(nèi)的良好運(yùn)行,。
   

△3D打印鎢合金零部件（圖源：升華三維）
上：航空配重塊（燒結(jié)）
下：航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪（生坯）

軍事領(lǐng)域
鎢產(chǎn)品具有無(wú)毒環(huán)保的性能，硬度較強(qiáng),，耐高溫性好,，可使所制備的軍用產(chǎn)品的作戰(zhàn)性能更為優(yōu)越。軍事運(yùn)用的鎢產(chǎn)品主要有：鎢合金子彈,，動(dòng)能穿甲彈,。結(jié)合粉末擠出3D打印技術(shù),，升華三維可大幅縮短軍工裝備的研發(fā)周期,，提高材料利用率，降低制造成本,。

醫(yī)療領(lǐng)域
純鎢是一種優(yōu)良的X射線吸收材料而且環(huán)保,，常見的鎢合金醫(yī)用產(chǎn)品有X射線陽(yáng)極，防散射板,，放射性容器和注射器屏蔽容器等,。通過后處理,，升華三維3D打印的這些鎢零件可實(shí)現(xiàn)近乎全致密且力學(xué)性能良好，非常適于真空兼容的環(huán)境,，包括X射線管內(nèi),。

電子領(lǐng)域
在所有的金屬中，鎢的熔點(diǎn)高,，而蒸氣壓低,。在電子、電光源工業(yè)中,，鎢是理想的材料,。采用PEP方法，還可以高效地制造出高度復(fù)雜的凹面或支撐零部件,。同時(shí),，這些鎢零件結(jié)構(gòu)自由且相對(duì)密度高達(dá)99%以上，已在工業(yè)制造中得到批量化使用,。

△3D打印鎢合金零部件（圖源：升華三維）

基于PEP這條成熟,、適合于工業(yè)級(jí)鎢材料成型的創(chuàng)新型3D打印工藝路線，升華三維工業(yè)型獨(dú)立雙噴嘴3D打印機(jī)UPS-250和大尺寸獨(dú)立雙噴嘴3D打印機(jī)UPS-556設(shè)備均已實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn),，當(dāng)前可以3D打印的鎢產(chǎn)品尺寸在500x500x600mm以內(nèi),。

然而，擁有精良的3D打印設(shè)備只是開端,。事實(shí)上,，升華三維從材料二次開發(fā)到軟硬件設(shè)計(jì)，再到脫脂燒結(jié)控制管理乃至整個(gè)完整的工藝鏈均積累了足夠的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),，已經(jīng)走在了技術(shù)發(fā)展的前列,。

盡管與SLM技術(shù)相比，PEP成型的工藝系統(tǒng)組成包含3D打印機(jī),、脫脂機(jī)和燒結(jié)爐,，然而設(shè)備效率更高，性價(jià)比更優(yōu),，材料體系更廣泛,、適應(yīng)性更寬，產(chǎn)品性能的一致性也更好,，也更能高效高質(zhì)地滿足各用戶的場(chǎng)景和需求,。

目前在金屬3D打印領(lǐng)域，這種技術(shù)已成功用于不銹鋼,，銅及銅合金,、鈦及鈦合金、高溫合金,、硬質(zhì)合金難熔金屬等材料的制造,。作為國(guó)內(nèi)最早從事金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)研究的團(tuán)隊(duì)之一,，升華三維還將研究與開拓更寬范圍的高硬度高熔點(diǎn)的材料開發(fā)，打印出更多具有薄壁,、曲面,、彎曲管道、孔和槽等特征的金屬/陶瓷先進(jìn)材料,，提升零部件的高附加值,，滿足各行業(yè)趨向更優(yōu)性價(jià)比、更高效率,、更具可持續(xù)性的制造需求,，為新一代制造業(yè)鋪展更廣闊的道路。