鎢及鎢合金是典型的難熔金屬和難成形材料。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(guó)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。長(zhǎng)久以來(lái)鎢產(chǎn)品加工對(duì)于鎢行業(yè)內(nèi)的人來(lái)說(shuō)亦是難題，加工工藝也僅局限于傳統(tǒng)的粉末冶金方式，如何實(shí)現(xiàn)其快速原型制造一直屬于極具挑戰(zhàn)性的工作。因其熔點(diǎn)高、硬度大和脆性大的特點(diǎn)，導(dǎo)致極其容易出現(xiàn)變形、裂痕和夾心等缺陷，甚至無(wú)法制備出形狀復(fù)雜的鎢零件。如何攻克鎢的加工難問(wèn)題是業(yè)內(nèi)不斷探索的重點(diǎn)。

     近年隨著醫(yī)療器械、國(guó)防軍工和航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)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(wèn)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(wú)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。

      增材制造-3D打印技術(shù)為鎢金屬的應(yīng)用提供了獨(dú)特的幾何設(shè)計(jì)自由和快速原型制作能力。粉末床選區(qū)激光熔化（L-PBF），激光能量沉積（DED），以及粉末床電子束熔融（EBM）是迄今常見(jiàn)的鎢金屬直接增材制造技術(shù)。前兩種技術(shù)是通過(guò)激光能融化鎢粉末材料，后一種技術(shù)則是通過(guò)電子能量熔化鎢粉末材料。然而，作為第一種難熔、難成形金屬，鎢金屬的直接增材制造技術(shù)在得到快速發(fā)展的同時(shí)，仍伴隨著挑戰(zhàn)，增材制造領(lǐng)域已通過(guò)多種途徑來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，并在一定程度上取得了突破。

© 3D科學(xué)谷白皮書(shū)

增材制造領(lǐng)域還有另一種思路來(lái)克服鎢的加工難題，即粘結(jié)劑噴射、材料擠出等間接3D打印技術(shù)進(jìn)行鎢及鎢合金的增材制造。其中，升華三維提出了一種首創(chuàng)的“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬間接3D打印技術(shù)——粉末擠出打印技術(shù)（PEP），并在鎢合金零件制造領(lǐng)域獲得了進(jìn)展。本期，3D科學(xué)谷將分享粉末擠出打印技術(shù)的原理及該技術(shù)在鎢合金增材制造潛在應(yīng)用。

 3D打印與鎢合金高端裝備應(yīng)用

3D打印技術(shù)作為第三次工業(yè)革命制造領(lǐng)域的典型代表技術(shù)，3D打印的發(fā)展受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，3D打印技術(shù)日益受到重視，關(guān)鍵技術(shù)研究不斷取得突破，性能不斷提升。特別是鎢合金優(yōu)良的綜合性能，在醫(yī)療器械、國(guó)防軍工和航空航天等高端裝備領(lǐng)域的應(yīng)用都取得重要進(jìn)展，并進(jìn)入發(fā)展與應(yīng)用的快車(chē)道。但3D打印技術(shù)尚處于技術(shù)發(fā)展階段，還存在可打印原材料少，打印精度較低速度較慢，打印成本高等問(wèn)題，制約了其在高端裝備中的進(jìn)一步應(yīng)用。隨著材料技術(shù)，高精度控制技術(shù)，高效制造技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，3D打印技術(shù)必將在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。

3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造相比，3D打印具有小批量制造成本低、速度快，復(fù)雜制造能力好，材料利用率高，適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。3D打印技術(shù)制造滿(mǎn)足了產(chǎn)品趨向緊湊型、高效性、模塊化、多材料的發(fā)展趨勢(shì)，特別是用于異形、結(jié)構(gòu)一體化、薄壁、微通道、拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等加工，3D打印具有傳統(tǒng)制造技術(shù)不具備的優(yōu)勢(shì)。3D打印將在高端裝備的設(shè)計(jì)，復(fù)雜、昂貴部件的制造，以及維修保障等方面得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)高端裝備發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。

 PEP技術(shù)，為攻克鎢加工難探索新出路

然而，鎢的特殊之處在于它的熔點(diǎn)可高達(dá)3410℃，且硬度極高，這是鎢及其制品能夠被廣泛應(yīng)用在高端裝備領(lǐng)域的重要優(yōu)勢(shì)之一。不過(guò)在3D打印領(lǐng)域當(dāng)中，鎢材料的加工也成為了需要攻克的一大技術(shù)難點(diǎn)。

為解決這一問(wèn)題，升華三維通過(guò)首創(chuàng)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）：利用3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)鎢基金屬材料的無(wú)模成型，打印出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化、輕量化設(shè)計(jì)、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)及一體成型的結(jié)構(gòu)件生坯，然后再結(jié)合粉末冶金的脫脂燒結(jié)等工藝進(jìn)行后處理，獲得最終的高性能部件。PEP技術(shù)具有低溫成形，高溫成性的特點(diǎn)，可以確保產(chǎn)品性能的一致性，從而獲得滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求的產(chǎn)品。

粉末擠出打印技術(shù)（PEP）
© 升華三維

升華三維在成功攻克鎢合金制備難點(diǎn)的同時(shí)，還自主研發(fā)了一種鎢合金3D打印顆粒料UPGM-96WNIFE，可用于生產(chǎn)鎢合金部件。利用PEP技術(shù)的3D打印設(shè)備熱融擠出系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體化成形控制。采用打印與脫脂燒結(jié)分開(kāi)的工藝模式，不僅縮短了制備周期，并且很好地解決鎢材料加工中極易出現(xiàn)的變形、裂痕、夾心等問(wèn)題。為鎢加工制造探索新出路，有助于進(jìn)一步推動(dòng)高端裝備應(yīng)用的快速發(fā)展。

鎢合金3D打印樣件
© 升華三維

    升華三維作為從材料開(kāi)發(fā)制備、3D打印設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)、脫脂燒結(jié)工藝到打印服務(wù)一整套高性能間接3D打印整體解決方案的供應(yīng)商。已掌握金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù)在打印裝備及核心器件、成形材料、工藝及軟件等關(guān)鍵核心技術(shù)，并不斷深挖技術(shù)潛能，不斷滿(mǎn)足高端裝備領(lǐng)域市場(chǎng)應(yīng)用需求，助力相關(guān)領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展。

PEP技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以解決鎢材料傳統(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(wèn)題。還能為解決航空航天、國(guó)防軍工、汽車(chē)、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(wèn)題提供一種新的解決途徑。目前，升華三維已完全掌握了鎢及其合金的增材制造能力，現(xiàn)已推出鎢合金3D打印服務(wù)。

(責(zé)任編輯：admin)

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