深圳升華三維科技有限公司
已認(rèn)證
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傳統(tǒng)工藝限制了難熔金屬的應(yīng)用發(fā)展
▲難熔金屬材料(來源網(wǎng)絡(luò))
3D打印難熔金屬工藝及存在的不足
相較于傳統(tǒng)工藝制備難熔金屬,,增材制造技術(shù)能夠經(jīng)濟(jì)且高效地成形復(fù)雜形狀的高精密部件,。據(jù)《難熔金屬材料增材制造工藝研究進(jìn)展》總結(jié)近5年來增材制造制備難熔金屬的研究情況表明,用于難熔金屬制備的3D打印工藝主要涉及SLS,、SLM,、EBSM、LMD,、WAAM這幾種技術(shù),,都可以快速實現(xiàn)難熔金屬材料的打印成型。
高熔點材料需要更高功率的激光器,,投入成本相對更高,;
而如鎢合金的鎢和鎳、鐵,、銅等金屬元素的熔點相差較大,,當(dāng)激光達(dá)到的溫度足以熔化金屬鎢時,,粘結(jié)相如Ni、Fe元素會蒸發(fā),,從而導(dǎo)致Ni和Fe成分變化,,成分不可控;
另外激光瞬時高溫,,會導(dǎo)致晶粒異常長大,,影響合金性能;
▲不同方向鎢單激光熔融軌跡開裂的SEM圖像,,(a)頂面;(b)側(cè)面(來源《COPPER ENGINEERING》)
升華三維為難熔金屬制造提供3D打印解決方案
由升華三維提出的“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的間接3D打印技術(shù)——粉末擠出打印技術(shù)(PEP),。為高性能難熔金屬結(jié)構(gòu)提供了一種更經(jīng)濟(jì)的增材制造方法,。采用金屬粉體適配粘結(jié)劑配置成顆粒喂料,通過3D打印設(shè)備制備成型,,再經(jīng)過粉末冶金的脫脂燒結(jié)工藝進(jìn)行后處理,,從而獲得最終致密和性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)件。適用于生產(chǎn)復(fù)雜,、高性能的難熔金屬結(jié)構(gòu)件,,可提供先進(jìn)的PEP工藝設(shè)備、打印服務(wù)及解決方案,。
▲粉末擠出3D打?。≒EP)技術(shù)原理圖
采用打印與燒結(jié)分開的工藝模式,打印設(shè)備利用了螺桿擠出系統(tǒng),,不需要昂貴的高能量激光器件,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)用戶還可以利用原有的脫脂燒結(jié)設(shè)備,,能極大地減少投入成本,。
PEP具有低溫成型、高溫成性的特性,,可有效地解決其他3D打印難熔金屬過程中極易出現(xiàn)的變形,、裂紋、孔洞等問題,,從而確保了產(chǎn)品性能一致性,。
早在2021年,升華三維就發(fā)表了《采用粉末擠出3D打印技術(shù)制備高性能96W-2.7Ni-1.3Fe合金零件》的科研成果,,以解決難熔金屬成型難的問題,。該研究成果是升華三維、天津大學(xué)材料學(xué)院,、中南大學(xué)粉末冶金研究院共同完成,,相關(guān)成果發(fā)表在Materials Science & Engineering A 上。
其研究結(jié)果表明:
PEP技術(shù)是通過“3D打印”和“高溫?zé)Y(jié)”相結(jié)合的新技術(shù),,可以制備高比重鎢合金,。
通過兩步燒結(jié)法,可獲得最佳燒結(jié)性能,。96W-2.7Ni-1.3Fe的密度可達(dá)99.2%±0.2%,,且拉伸強(qiáng)度為801MPa,延伸率為22.1%。
熱處理后,,性能進(jìn)一步提高拉伸強(qiáng)度為838MPa,,延伸率達(dá)到了26.1%。
▲不同燒結(jié)條件下的硬度和相對密度
PEP技術(shù)制備難熔金屬主要工藝說明
PEP技術(shù)在制備難熔金屬方面的應(yīng)用和研究已經(jīng)取得一定成就,,現(xiàn)已支持多種難熔金屬材料的3D打印,,不同材料可通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)而得到高致密的結(jié)構(gòu)件。升華三維擁有為PEP工藝制備打印材料的專業(yè)密煉造粒設(shè)備,,主要采用蠟基粘結(jié)劑體系為難熔金屬3D打印材料開發(fā)提供支持,。
以UPGM-93WNiFe打印材料為例,采用了粒徑為2-3μm的鎢粉,,喂料粒徑在2-4mm之間,,粉體裝置量為47vol.%,鎢合金打印材料具有高密度,、高質(zhì)量,、低成本等優(yōu)勢,可用于高比重鎢合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的開發(fā)制造,。
▲升華三維UPGM-93WNiFe打印材料
獨立雙噴嘴3D打印設(shè)備優(yōu)勢:
具有熱風(fēng)腔體恒溫系統(tǒng)和真空吸附平臺,可有效防止翹邊現(xiàn)象,。
▲升華三維打印鎢合金樣品(生坯)
打印完成的生坯需要經(jīng)過脫脂和燒結(jié)才能獲得性能,。基于PEP技術(shù)路線,,升華三維已摸索出適合鎢合金等難熔金屬的燒結(jié)工藝,,并可根據(jù)客戶粉體物性調(diào)整燒結(jié)參數(shù)。因燒結(jié)溫度低于其他類型的激光3D打印工藝中所需的完全熔化溫度,,并且熱量可以更均勻地施加,,從而確保了產(chǎn)品性能的一致性。
▲升華三維打印鎢合金樣品(燒結(jié))
以下為UPGM-93WNiFe材料的燒結(jié)性能說明,,通過PEP打印-脫脂-燒結(jié)制備的鎢合金相對密度可達(dá)99.6%,。燒結(jié)后的鎢合金構(gòu)件,能達(dá)到或超過傳統(tǒng)工藝制備性能指標(biāo),。
▲UPGM-93WNiFe鎢合金燒結(jié)件性能參數(shù)
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