2023 AMS演講者聚焦：碳化鎢是3D打印新興合金

2023年2月6日,，南極熊獲悉，Hyperion精密解決方案是一家全球領(lǐng)先的材料科學(xué)公司,，它不僅為用戶處理復(fù)雜的零件幾何形狀，還為客戶提供硬質(zhì)材料專業(yè)知識(shí),，同時(shí)采用先進(jìn)的3D打印技術(shù)為它們提供以前不可能實(shí)現(xiàn)的幾何形狀,。

△Hyperion正在推動(dòng)碳化鎢作為3D打印制造技術(shù)中的新興合金

碳化鎢材料
與工具鋼相比，碳化鎢具有出色的硬度特性,，與陶瓷相比,，碳化鎢具有出色的韌性，因此被用于許多行業(yè),。

考慮到這些卓越的特性,，碳化鎢最常與金屬切削應(yīng)用（如鋸切、銑削和車削）中使用的工具相關(guān)聯(lián),。許多人驚訝地發(fā)現(xiàn)碳化鎢還經(jīng)常用于流體分配或流動(dòng)應(yīng)用,，因?yàn)樗�在暴露于侵蝕性磨損時(shí)具有出色的使用壽命。另外,，碳化鎢改進(jìn)的耐磨性能可延長(zhǎng)水刀切割,、石油和天然氣以及電子等行業(yè)的噴嘴等部件的使用壽命。

首先,，這里應(yīng)該解釋一下,，碳化鎢是用于廣泛類別合金的名稱，這些合金由實(shí)際的碳化鎢和金屬粘合劑以及其他添加的碳化物（即TiC和TaC）組成,。兩種最常見的金屬粘合劑是鈷和鎳,。金屬粘結(jié)劑影響硬度、韌性以及化學(xué)相容性的性能,。它的含量可能在成品材料的3-20%之間變化,，這取決于所需的性能。

△3D打印碳化鎢流量控制組件

傳統(tǒng)工藝遇到的問(wèn)題
即壓即用粉末是通過(guò)將碳化鎢(WC)粉末,、金屬粘合劑和有機(jī)粘合劑混合在溶劑中制成的,，然后使用噴霧干燥工藝從混合物中蒸發(fā)溶劑。然后在壓力機(jī)中壓實(shí)粉末,，形成生坯,，強(qiáng)度大致相當(dāng)于一根粉筆。雖然生坯易碎,，但可以使用傳統(tǒng)的車削,、銑削和鉆孔技術(shù)進(jìn)行加工。計(jì)算幾何形狀時(shí)必須小心，因?yàn)樯�坯在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)收縮20%,。此外,，在燒結(jié)過(guò)程中的溫度（2500-2700 華氏度)隨著金屬粘合劑的熔化，零件將變得相對(duì)柔軟,，薄壁區(qū)域可能會(huì)塌陷,。當(dāng)從燒結(jié)過(guò)程中取出時(shí)，零件處于硬化狀態(tài),。此外,，由于收縮率的原因，在生坯成型期間無(wú)法創(chuàng)建精確的特征,，這意味著必須在燒結(jié)后向硬化部件添加復(fù)雜且精確的幾何特征,。

與鋼部件不同，在硬化狀態(tài)下的碳化鎢不能以常規(guī)方式進(jìn)行車削,、鉆孔,、銑削或焊接。同時(shí),，傳統(tǒng)的磨削和EDM工藝既耗時(shí)又昂貴,，而且創(chuàng)建特定幾何形狀的能力有限。

△3D打印碳化鎢螺桿泵轉(zhuǎn)子

碳化鎢3D打印應(yīng)用案例
針對(duì)以上問(wèn)題,，這就是粘合劑噴射和FDM等3D打印技術(shù),，可以通過(guò)創(chuàng)建以前在碳化鎢中不可能實(shí)現(xiàn)的幾何形狀，來(lái)增加客戶價(jià)值,。雖然在打印和壓制粉末方面存在挑戰(zhàn),，但目前技術(shù)正在取得進(jìn)步。

有這樣一個(gè)3D打印螺桿泵轉(zhuǎn)子（Moineau原理）的案例,，它的幾何形狀不可能在生部件中形成或在成品部件中磨削,。因此，借助3D打印技術(shù),，泵設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)具有戰(zhàn)性的液體泵時(shí),，可以使用另一種材料來(lái)對(duì)抗磨粒磨損。

△3D打印碳化鎢噴嘴

另一個(gè)例子是創(chuàng)建用于流體分配的一體式噴嘴或擴(kuò)散器,，其中彎曲的流體路徑是首選,。就在幾年前，這些幾何形狀還被認(rèn)為在碳化鎢中是不可能實(shí)現(xiàn)的,，這讓工程師不得不選擇次優(yōu)材料或效率較低的幾何形狀,，這兩種情況都會(huì)給客戶帶來(lái)持續(xù)的維護(hù)成本。

Hyperion精密解決方案將參加2023年2月7日至9日,，在紐約市舉行的2023 AMS增材制造戰(zhàn)略會(huì)議,。