寧夏東方智造實現(xiàn)鈮鎢等難熔金屬大尺寸增材制造產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

導讀：難熔金屬材料具有良好的高溫力學性能和高溫穩(wěn)定性,，主要包括鎢(W),、鈮(Nb),、鉬(Mo),、鉭(Ta),、錸(Re)等元素,。常用于制備耐熱部件,，被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療,、化工等領(lǐng)域,。然而，難熔金屬具有高熔點高硬度的特點,，使用傳統(tǒng)的加工方式制備大尺寸,、復雜結(jié)構(gòu)件時存在加工困難或無法加工等問題。

金屬3D打印技術(shù)作為一種先進的綠色智能制造技術(shù),，其材料利用率高,，無需模具即可成形復雜構(gòu)件,，這為難熔金屬加工制造提供了新方法。

2024年11月11日,，南極熊獲悉,，寧夏東方智造與華曙高科攜手，基于華曙高科設(shè)備開源優(yōu)勢,，聯(lián)合進行了新材料和針對性工藝的開發(fā),，解決了難熔金屬的激光精密成形難題，產(chǎn)品打印性能穩(wěn)定,，持續(xù)為航空航天,、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域提供難熔金屬大尺寸,、產(chǎn)業(yè)化3D打印解決方案及打印服務(wù),。

據(jù)悉，成立于2021年的寧夏東方智造科技有限公司,，由寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司和內(nèi)部核心項目團隊人員共同出資成立,，以難熔金屬、難熔金屬基合金,、難熔高熵合金冶煉加工,、球形鉭粉、鉭鎢合金粉,、鈮粉,、鈮鎢合金粉加工與銷售3D打印產(chǎn)品設(shè)計、3D打印服務(wù),、3D打印產(chǎn)品銷售為主營業(yè)務(wù),。   

2021年，東方智造引入華曙高科金屬3D打印設(shè)備FS271M,，用于鉭鈮及其合金3D打印生產(chǎn),；2023-2024年，再次引入華曙高科面向生產(chǎn)型用戶的高效成熟金屬3D打印設(shè)備FS273M,、大尺寸高效率批產(chǎn)金屬3D打印設(shè)備FS511M,。

基于華曙高科開源、創(chuàng)新的金屬增材制造解決方案,，東方智造在鉭鈮金屬及其合金的開發(fā)與應(yīng)用方面,，積累了大量的經(jīng)驗和技術(shù)儲備，目前已成為國內(nèi)唯一難熔金屬3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)生產(chǎn)基地,，也是國內(nèi)唯一實現(xiàn)難熔金屬大尺寸3D打�,。�530mm×530mm）企業(yè)，其產(chǎn)品市場占有率達100%,。

成功突破難熔金屬大尺寸打印

在高端材料領(lǐng)域,，鉭鈮及其合金球形粉末的制備及3D打印技術(shù)長期被國際巨頭如美國Zimmer公司所壟斷,。這一現(xiàn)狀不僅導致我國在該領(lǐng)域的關(guān)鍵原材料供應(yīng)存在顯著依賴，更制約了國內(nèi)航空航天,、生物醫(yī)療等高端產(chǎn)業(yè)的自主發(fā)展,。

面對重重挑戰(zhàn)，東方智造組建了一支由跨學科技術(shù)工程師組成的研發(fā)團隊,，通過深入分析了國內(nèi)外市場需求,，對行業(yè)發(fā)展趨勢進行了細致的研判。團隊意識到,，要想在鉭鈮難熔金屬球形粉末制備和3D打印技術(shù)領(lǐng)域取得突破,，必須摒棄傳統(tǒng)思維，采用創(chuàng)新的技術(shù)路線,。經(jīng)過反復的實驗驗證和方案比選,，東方智造最終確定了以射頻等離子球化制粉技術(shù)（PS）與選區(qū)激光熔覆技術(shù)（SLM）為核心的技術(shù)路線。

2021年開始,，東方智造與華曙高科攜手合作,，引入華曙高科金屬3D打印設(shè)備FS271M。但是,，受鉭鈮等材料的成本制約,，國內(nèi)多激光鉭鎢合金增材制造仍處于小尺寸生產(chǎn)場景，2023年,，在華曙高科大幅面金屬3D打印設(shè)備FS511M助力下,，東方智造成為國內(nèi)難熔金屬大尺寸增材制造企業(yè)。

FS511M是華曙高科于2023年發(fā)布,，針對批量化增材制造推出的四激光雙向鋪粉金屬增材制造設(shè)備,。FS511M配備自研全套操作系統(tǒng)，可實現(xiàn)產(chǎn)線布局,，其成形缸尺寸為540mm×540mm×670mm（含成形基板厚度）,，標配4×500W激光，最大體積成形效率可達100cm3/h,。

在大尺寸難熔金屬的打印過程中,，激光燒結(jié)會產(chǎn)生煙塵,，下風向激光穿過煙塵時易造成散射,，能量耗散，從而導致球化,、未熔合等冶金缺陷,。在多激光掃描系統(tǒng)中必須充分考慮上風向煙塵的影響。華曙高科通過優(yōu)化FS511M設(shè)備大幅面風場設(shè)計,，既可實現(xiàn)同時出光避煙打印,，又減少了各激光等待時間,，在保證打印質(zhì)量的前提下，有效提高打印效率,。

3D打印難熔金屬應(yīng)用廣泛

在航空航天領(lǐng)域,，以鉭鎢、鈮鎢為代表的難熔金屬是制造高溫部件的理想材料,；消費電子領(lǐng)域中,，鉭鎢、鈮鎢等難熔金屬具有高電容密度,、穩(wěn)定性好,、漏電流小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中,；在化工領(lǐng)域里,，鈮鎢等難熔金屬的耐腐蝕性使其成為制造化學反應(yīng)容器和管道的不二之選，保障生產(chǎn)的安全和高效,；高端醫(yī)療器械產(chǎn)品中,，可用于植入物，制作的射線屏蔽防護部件可保護患者和醫(yī)護人員免受輻射傷害,。

以鈮合金（Nb）為例,，屬VB族難熔金屬，熔點2468℃,，為bcc結(jié)構(gòu),，強度能保持到1649.90℃，并能承受一定的機械變形,。由東方智造自主研發(fā)的3D打印鈮鎢合金Nb521,，性能有顯著提升，主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,，包括燃燒室,、發(fā)動機鼻椎、排氣管,、噴油嘴及其重要高溫部件,。

截至目前，東方智造科研團隊已完成5種增材制造用球形粉工藝,、3種難熔金屬的3D打印工藝研發(fā),；完成某醫(yī)療器械公司多例人體骨置換多孔鉭結(jié)構(gòu)件打印并應(yīng)用于生物學驗證；簡化設(shè)計了火法分廠電子束爐反應(yīng)電極,，經(jīng)過驗證后實現(xiàn)3D打印批產(chǎn),；完成數(shù)十件鉭鎢合金表殼及多件鉭和鉭鎢首飾、制品3D打印，成功實現(xiàn)難熔合金個性化訂制,。