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从开拓到领先,不断撬动钨材料3D打印零件的附加值
时间: 2022-08-31

早在2019年,升华三维便成功攻克了难熔金属钨材料的打印工艺,实现钨材料的粉末挤出3D打印成形,成为国内较早攻克3410±20°C钨材料3D打印技术难题的企业之一。


钨是稀有的高熔点金属,保持有“耐高温冠军”称号。由于钨及钨合金具有高密度、高硬度、热膨胀系数低、良好的抗腐蚀性能和热电子发射能力等一系列优良特点,钨及钨合金材料的成功开发与3D打印技术成形,将助推升华三维开辟钨材料更广阔的应用市场。


其中,与天津大学材料学院、中南大学粉末冶金研究院共同完成的采用粉末挤出打印技术(Powder Extrusion printing,PEP)打印高性能高比重钨合金的项目,成为升华三维3D打印设备与科研院校在难熔金属材料研发领域深化合作的标志性成果。


对于高比重钨合金,由于成分多样,性能差异大,熔点最高相差2400℃,且各元素饱和蒸气压不同,即使采用选区激光熔化技术(SLM)也无法保证各合金成分的可控性和精确性,而PEP技术通过“低温段成形,高温段成性”的方式有效解决了这个问题。

 

△升华三维联合天津大学、中南大学成功制备高密度、无缺陷的高比重钨合金(96W-2.7Ni-1.3Fe)


项目通过确定合适的热脱脂和两步烧结工艺成功制备了高密度99.1±0.2%,没有缺陷的高比重钨合金(96W-2.7Ni-1.3Fe)。热处理后,性能进一步提升,且成分精确可控,无论是在烧结过程还是热处理过程都不会产生脆性相。


研究成果的成功取得,进一步加强了该技术与航空航天、国防军工、医疗器械、电子信息、核工业等行业深度融合的更大可能,也标志着升华三维3D打印设备又一次迈入了新的高度。


航空领域

钨元素普遍存在于航空领域的应用中,如航空发动机叶轮、航空配重块、芯片散热器等。升华三维的钨材料打印技术可以制造和优化这些零件结构,延长使用寿命,减少安全事故的发生和提高运输效率。其经烧结后的钨合金航空配重块具有很高的抗拉强度、良好的耐蠕变性和高的质量/大小比例,可实现在有限空间内的良好运行。


 

△3D打印钨合金零部件(图源:升华三维)左:航空配重块(烧结)右:航空发动机叶轮(生坯)


军事领域

钨产品具有无毒环保的性能,硬度较强,耐高温性好,可使所制备的军用产品的作战性能更为优越。军事运用的钨产品主要有:钨合金子弹,动能穿甲弹。结合粉末挤出3D打印技术,升华三维可大幅缩短军工装备的研发周期,提高材料利用率,降低制造成本。


医疗领域

纯钨是一种优良的X射线吸收材料而且环保,常见的钨合金医用产品有X射线阳极,防散射板,放射性容器和注射器屏蔽容器等。通过后处理,升华三维3D打印的这些钨零件可实现近乎全致密且力学性能良好,非常适于真空兼容的环境,包括X射线管内。


电子领域

在所有的金属中,钨的熔点高,而蒸气压低。在电子、电光源工业中,钨是理想的材料。采用PEP方法,还可以高效地制造出高度复杂的凹面或支撑零部件。同时,这些钨零件结构自由且相对密度高达99%以上,已在工业制造中得到批量化使用。


从开拓到领先,不断撬动钨材料3D打印零件的附加值

△3D打印钨合金零部件(图源:升华三维)


基于PEP这条成熟、适合于工业级钨材料成型的创新型3D打印工艺路线,升华三维工业型独立双喷嘴3D打印机UPS-250和大尺寸独立双喷嘴3D打印机UPS-556设备均已实现稳定生产,当前可以3D打印的钨产品尺寸在500x500x600mm以内。


然而,拥有精良的3D打印设备只是开端。事实上,升华三维从材料二次开发到软硬件设计,再到脱脂烧结控制管理乃至整个完整的工艺链均积累了足够的技术和经验,已经走在了技术发展的前列。


尽管与SLM技术相比,PEP成型的工艺系统组成包含3D打印机、脱脂机和烧结炉,然而设备效率更高,性价比更优,材料体系更广泛、适应性更宽,产品性能的一致性也更好,也更能高效高质地满足各用户的场景和需求。


目前在金属3D打印领域,这种技术已成功用于不锈钢,铜及铜合金、钛及钛合金、高温合金、硬质合金难熔金属等材料的制造。作为国内最早从事金属·陶瓷间接3D打印技术研究的团队之一,升华三维还将研究与开拓更宽范围的高硬度高熔点的材料开发,打印出更多具有薄壁、曲面、弯曲管道、孔和槽等特征的金属/陶瓷先进材料,提升零部件的高附加值,满足各行业趋向更优性价比、更高效率、更具可持续性的制造需求,为新一代制造业铺展更广阔的道路。


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