难熔金属3D打印不再难,复杂结构制备独辟蹊径
2024年9月4日
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难熔金属通常指钨、铼、钽、钼、铌、铱、钒等,这类金属具有熔点高、硬度大、抗蚀性强、导电性好等优异性能,被应用于航空航天、国防工业、核工业、医疗等领域。难熔金属由于熔点高、高温强度大的特点,非常难以通过传统制造方法进行加工。长期以来一直仅限于工件形状相对简单、材料去除量极少、无法按理想的设计需求实现制备。给制备复杂结构的难熔金属构件带来了挑战,严重限制了难熔金属材料的应用发展。
难熔金属3D打印工艺及存在的不足
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高熔点材料需要更高功率的激光器,投入成本相对更高; -
而如钨合金的钨和镍、铁、铜等金属元素的熔点相差较大,当激光达到的温度足以熔化金属钨时,粘结相如Ni、Fe元素会蒸发,从而导致Ni和Fe成分变化,成分不可控; -
另外激光瞬时高温,会导致晶粒异常长大,影响合金性能; -
同时高温温场的不稳定性产生的溅洒现象,也会形成结构上的孔洞、裂纹等缺陷,不适合高性能钨等难熔金属结构件的制造。
难熔金属“另类”3D打印技术
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采用打印与烧结分开的工艺模式,打印设备利用了螺杆挤出系统,不需要昂贵的高能量激光器件,传统产业用户还可以利用原有的脱脂烧结设备,能极大地减少投入成本。 -
PEP具有低温成型、高温成性的特性,可有效地解决其他3D打印难熔金属过程中极易出现的变形、裂纹、孔洞等问题,从而确保了产品性能一致性。 -
相比传统粉末冶金工艺,充分发挥了3D打印的优势,实现难熔金属复杂结构的快速制备,可加快产品的开发与商业化时间。
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PEP技术是通过“3D打印”和“高温烧结”相结合的新技术,可以制备高比重钨合金。 -
通过两步烧结法,可获得最佳烧结性能。96W-2.7Ni-1.3Fe的密度可达99.2%±0.2%,且拉伸强度为801MPa,延伸率为22.1%。 -
热处理后,性能进一步提高拉伸强度为838MPa,延伸率达到了26.1%。 -
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。
PEP技术制备难熔金属主要工艺说明
打印材料制备
PEP技术在制备难熔金属方面的应用和研究已经取得一定成就,现已支持多种难熔金属材料的3D打印,不同材料可通过调节工艺参数而得到高致密的结构件。升华三维拥有为PEP工艺制备打印材料的专业密炼造粒设备,主要采用蜡基粘结剂体系为难熔金属3D打印材料开发提供支持。
以UPGM-93WNiFe打印材料为例,采用了粒径为2-3μm的钨粉,喂料粒径在2-4mm之间,粉体装置量为47vol.%,钨合金打印材料具有高密度、高质量、低成本等优势,可用于高比重钨合金复杂结构件的开发制造。
3D打印成型
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独立双喷嘴设计,可同时或轮流打印不同材料; -
颗粒挤出打印方式,可制备中空结构产品,无需清粉; -
可基于MIM工艺的材料进行二次开发适配,且材料可重复使用; -
采用自动进料功能,可实现无人看守长时间打印; -
自动刷嘴功能,保证打印外观及质量; -
无需气氛,办公环境即可使用;
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具有热风腔体恒温系统和真空吸附平台,可有效防止翘边现象。
烧结获得性能
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2.标志性事件:MIM生产商收购间接金属3D打印技术开发商!