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、延展性及導熱性好，電性能優(yōu)良，抗拉強度高，低熱膨脹，吸收射線能力強，被廣泛應用于醫(yī)療器械、國防軍工、航空航天、電子信息、能源、化工冶金、核工業(yè)等諸多領域。長久以來鎢產(chǎn)品加工對于鎢行業(yè)內(nèi)的人來說亦是難題，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。因其熔點高、硬度大和脆性大的特點，導致極其容易出現(xiàn)變形、裂痕和夾心等缺陷，甚至無法制備出形狀復雜的鎢零件。如何攻克鎢的加工難問題是業(yè)內(nèi)不斷探索的重點。

     近年隨著醫(yī)療器械、國防軍工和航空航天等領域的快速發(fā)展，對鎢材零部件結(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)制造技術制備鎢基金屬產(chǎn)品，主要存在以下問題：1、由于較高的熔點和低溫脆性，一般的鑄造和機加工方法無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、強度低、塑性差以及雜質(zhì)含量難以控制等缺點；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現(xiàn)成形。

      增材制造-3D打印技術為鎢金屬的應用提供了獨特的幾何設計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）是迄今常見的鎢金屬直接增材制造技術。前兩種技術是通過激光能融化鎢粉末材料，后一種技術則是通過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在得到快速發(fā)展的同時，仍伴隨著挑戰(zhàn)，增材制造領域已通過多種途徑來應對這些挑戰(zhàn)，并在一定程度上取得了突破。

© 3D科學谷白皮書

增材制造領域還有另一種思路來克服鎢的加工難題，即粘結(jié)劑噴射、材料擠出等間接3D打印技術進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——粉末擠出打印技術（PEP），并在鎢合金零件制造領域獲得了進展。本期，3D科學谷將分享粉末擠出打印技術的原理及該技術在鎢合金增材制造潛在應用。

 3D打印與鎢合金高端裝備應用

3D打印技術作為第三次工業(yè)革命制造領域的典型代表技術，3D打印的發(fā)展受到社會各界的廣泛關注。近年來，3D打印技術日益受到重視，關鍵技術研究不斷取得突破，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、國防軍工和航空航天等高端裝備領域的應用都取得重要進展，并進入發(fā)展與應用的快車道。但3D打印技術尚處于技術發(fā)展階段，還存在可打印原材料少，打印精度較低速度較慢，打印成本高等問題，制約了其在高端裝備中的進一步應用。隨著材料技術，高精度控制技術，高效制造技術等關鍵技術的發(fā)展與進步，3D打印技術必將在相關領域發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。

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

 PEP技術，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可高達3410℃，且硬度極高，這是鎢及其制品能夠被廣泛應用在高端裝備領域的重要優(yōu)勢之一。不過在3D打印領域當中，鎢材料的加工也成為了需要攻克的一大技術難點。

為解決這一問題，升華三維通過首創(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——粉末擠出打印技術（PEP）：利用3D打印的技術優(yōu)勢，實現(xiàn)鎢基金屬材料的無模成型，打印出具有復雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化、輕量化設計、點陣結(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)等工藝進行后處理，獲得最終的高性能部件。PEP技術具有低溫成形，高溫成性的特點，可以確保產(chǎn)品性能的一致性，從而獲得滿足實際應用需求的產(chǎn)品。

粉末擠出打印技術（PEP）
© 升華三維

升華三維在成功攻克鎢合金制備難點的同時，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技術的3D打印設備熱融擠出系統(tǒng)有效實現(xiàn)對材料的復雜結(jié)構(gòu)一體化成形控制。采用打印與脫脂燒結(jié)分開的工藝模式，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、夾心等問題。為鎢加工制造探索新出路，有助于進一步推動高端裝備應用的快速發(fā)展。

鎢合金3D打印樣件
© 升華三維

    升華三維作為從材料開發(fā)制備、3D打印設備研發(fā)生產(chǎn)、脫脂燒結(jié)工藝到打印服務一整套高性能間接3D打印整體解決方案的供應商。已掌握金屬/陶瓷間接3D打印技術在打印裝備及核心器件、成形材料、工藝及軟件等關鍵核心技術，并不斷深挖技術潛能，不斷滿足高端裝備領域市場應用需求，助力相關領域高質(zhì)量發(fā)展。

PEP技術的應用，不僅可以解決鎢材料傳統(tǒng)制造技術難以解決的復雜結(jié)構(gòu)零件的加工制造問題。還能為解決航空航天、國防軍工、汽車、船舶、能源、化工、醫(yī)療等廣大制造業(yè)領域的復雜結(jié)構(gòu)件減重設計及制造問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。

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