硬質(zhì)合金是一種復(fù)合材料，通常包括難熔金屬碳化物（鈦,、鉬,、鎢、鉭,、鈮等的碳化物）和粘結(jié)金屬（鎳,、鉬、鎢,、鈷等）,。硬質(zhì)合金具備優(yōu)良的力學(xué)性能,，有良好的耐磨性能、抗氧化性以及熱穩(wěn)定性,�,？捎糜谥圃烨邢鞯毒摺㈣弾r工具,、采礦工具,、鉆孔工具,、量具、易損件,、金屬磨削工具,、氣缸套、精密軸承,、噴嘴等,，被譽(yù)為“工業(yè)的牙齒”。
硬質(zhì)合金的傳統(tǒng)制備方法及難點
硬質(zhì)合金通常采用注射成型,、擠壓成型,、模壓成型、熱壓,、熱等靜壓,、火花等離子燒結(jié)等方式制備，特別是擠壓成型有著廣泛的應(yīng)用前景,。不過傳統(tǒng)工藝制備硬質(zhì)合金完全依賴模具,，且模具成本高、周期長,、后續(xù)加工成本高,，對硬質(zhì)合金制造成本造成很大影響；另外,，如復(fù)雜形狀、多功能/變化功能復(fù)合結(jié)構(gòu),、梯度結(jié)構(gòu)等硬質(zhì)合金也無法采用常規(guī)方法制備,，嚴(yán)重限制了硬質(zhì)合金制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計空間、材料優(yōu)勢發(fā)揮和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展,。
▲傳統(tǒng)硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)件（來源網(wǎng)絡(luò)）
硬質(zhì)合金因具有高熔點和高硬度特性,，從而導(dǎo)致它加工非常困難，常用的粉末冶金等方式只能制造一些形狀結(jié)構(gòu)較簡單的零部件,。隨著先進(jìn)制造的快速發(fā)展,，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)件制造工藝已難以滿足實際應(yīng)用需求，開發(fā)更靈活的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造方法顯得尤為重要,。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為制造形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件提供了新方法,，特別是用于異形、結(jié)構(gòu)一體化,、微通道,、十分復(fù)雜的形狀、點陣結(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,。
3D打印制備硬質(zhì)合金方法及特點
▲3D打印質(zhì)硬合金樣品（來：升華三維）
PBF技術(shù)路線能夠成功制備接近理論密度,、力學(xué)性能良好的硬質(zhì)合金構(gòu)件,，但也存在許多的問題：如SLS往往需要后續(xù)處理，如元素熔滲提高綜合性能,、SLM易產(chǎn)生裂紋孔洞缺陷,；熱成型技術(shù)的重復(fù)加熱冷卻過程會形成獨有的微觀組織，影響零件性能,，需要通過熱等靜壓和熱處理等后處理手段達(dá)到性能,，卻會帶來額外的時間和成本，阻礙了3D打印硬質(zhì)合金的發(fā)展進(jìn)程,。而基于燒結(jié)的技術(shù)線路制備硬質(zhì)合金構(gòu)件一般不存在明顯的裂紋和孔洞缺陷,，組織整體分布均勻，力學(xué)性能優(yōu)良,，不過表面粗糙度有待加強(qiáng),。
基于燒結(jié)的PEP工藝制備硬質(zhì)合金
3D打印為開拓硬質(zhì)合金應(yīng)用提供了新的制造路徑。粉末擠出打印技術(shù)（PEP）是由升華三維推出的一種基于燒結(jié)工藝的金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù),。PEP是在FDM技術(shù)基礎(chǔ)上,，再結(jié)合粉末冶金工藝形成的金屬/陶瓷3D打印方法。采用金屬/陶瓷粉體適配粘結(jié)劑通過3D打印專用密煉機(jī)混煉成顆粒材料,、然后通過3D打印設(shè)備制備出具有一定密度和強(qiáng)度的生坯,，再經(jīng)過3D打印專用脫脂燒結(jié)爐進(jìn)行后處理工藝,，從而獲得最終致密和性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)件。為硬質(zhì)合金高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造提供有效解決方案,。
▲粉末擠出打印技術(shù)（PEP）工藝流程圖
升華三維開發(fā)出了適配PEP工藝3D打印設(shè)備的硬質(zhì)合金材料,。是一種呈灰色，粒徑在8-14目的近球形顆粒金屬-陶瓷復(fù)合材料,，具有高硬度,、高強(qiáng)度、高耐磨性,、耐熱,、耐腐蝕等優(yōu)異性能�,？蓱�(yīng)用軍工,、航空航天、機(jī)械加工,、冶金,、石油鉆井、礦山工具,、核工業(yè)等領(lǐng)域,。
▲硬質(zhì)合金打印材料
PEP工藝為硬質(zhì)合金廣泛應(yīng)用打開新窗口
利用PEP技術(shù)的熱融擠出系統(tǒng)打印設(shè)備實現(xiàn)對材料的一體化無模成型，有效縮短了制備周期,。PEP工藝不僅不需要昂貴的高能量激光設(shè)備,；采用打印與脫脂燒結(jié)分開的工藝模式，還可以利用傳統(tǒng)脫脂燒結(jié)設(shè)備,，可極大地減少投入成本,；而其低溫成型、高溫成性的特性,，很好地解決硬質(zhì)合金3D打印制備過程中極易出現(xiàn)的變形,、裂紋,、孔洞等問題,，從而確保了產(chǎn)品性能一致性；另外基于PEP的3D打印系統(tǒng)采用獨立雙噴嘴設(shè)計,，可實現(xiàn)多功能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和梯度材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的開發(fā)制造,。通過PEP工藝制備的硬質(zhì)合金構(gòu)件其致密度、均勻性,、力學(xué)性能均能達(dá)到甚至超過傳統(tǒng)粉末冶金工藝,，有望為硬質(zhì)合金廣泛應(yīng)用打開新窗口。
▲3D打印質(zhì)硬合金燒結(jié)性能（來：升華三維）
