难熔金属材料熔点高，性能独特，长期以来一直作为高新技术材料开发。 由于这种材料的熔点高，高温强度大，也给冶炼和加工带来了很大的困难。 需要难熔金属材料的部件结构复杂多变，制造难度大。 随着3D打印技术的发展，人们逐渐将目光投向了这项新技术。 3D打印工艺能为耐火合金的制造带来哪些机遇？
本文将以钨为例，介绍3D打印在难熔合金制造过程中所能提供的各种有效解决方案。
01. 激光增材制造，难熔合金的形成方式之一
3D打印技术参考资料注意到，EOS旗下的AMCM近日宣布为欧洲核子研究中心（CERN）的大型粒子对撞机（LHC）3D打印钨材料部件。 制作件为钨栅结构，要求件为：长150mm，含16万个1.2x1.2mm方孔，壁厚0.5mm，表面质量好。
该部件是使用 M290-2 FDR 系统打印的，根据 3D 打印技术参考，该系统针对相关应用进行了优化，能够为要求苛刻的应用生产具有高分辨率的部件。 制造的部件用于 Collider 电磁热量计，它是由 12x12cm 模块制成的 7x8m 大墙。 该计划将用钨制成的新结构取代最里面的 32 个模块，覆盖总面积约 0.5 平方米的工作条件最具挑战性和对成功至关重要的区域。
很明显，钨网格结构非常适合使用基于激光的粉末床熔融金属 3D 打印技术。 CERN相关人士表示：“新型钨结构的生产在5年前还是不可想象的，直到3D打印带来了突破。” 高精度是激光粉末床3D打印的一个重要特点合金饰品价值，所以在这个领域从散热器到几乎所有的点阵结构都是用这种工艺制造的，从轻量化结构到轻量化结构。 然而，一种技术并不能解决所有问题。 钨是一种难熔合金，基于激光的 3D 打印难度也很大。 由于温度梯度的存在，容易产生残余应力而引起开裂。 晶格/网格结构比块体更容易形成。 目前报道的钨的3D打印应用基本都是用于辐射屏蔽，对强度的要求不高。 因此，现阶段最适合钨栅结构3D打印的工艺是激光粉末床3D打印。
块状钨的激光 3D 打印存在困难
02. 烧结+挤压，开辟高价值难熔合金3D打印新解决方案
然而，钨的应用要求很普遍，许多应用涉及较大的块状结构。 这时候就很难用激光3D打印了。 基于烧结的挤压3D打印技术正在为钨材料提供新的解决方案。 作为一项新兴技术，它并没有引起业界的广泛关注，但可以解决很多成熟的3D打印技术无法解决的问题。 下面就钨及钨合金3D打印制备过程中的粉末挤压打印技术（PEP）进行详细解答。
粉末挤压打印技术（PEP）是盛华3D推出的结合“3D打印+粉末冶金”的金属/陶瓷间接3D打印技术。 它是在（FDM）熔融沉积造型技术的基础上结合粉末冶金技术形成的一种3D打印方式。 将金属/陶瓷粉末与合适的粘结剂混合形成颗粒状材料，然后通过3D打印设备制备出具有一定密度和强度的生坯，再经过脱脂、烧结等后处理工艺，得到最终的成品。致密而优良的结构。 件。 有望为钨及钨合金在增材制造中的应用提供高效的生产解决方案。
Sublimation 3D根据物理性质（粒径分布、形貌、比表面积等）选择合适的粘结剂配方体系（水基、塑料基、蜡基等）进行适配，将聚合物充分混合结合剂和金属/陶瓷粉末通过密炼机混合，最后通过造粒机制备出粒度可控的颗粒状物料。 适用于升华3D 3D打印机的材料相继开发出来。 如：316L/304/17-4PH不锈钢、铜及铜合金、钨及钨合金、钛及钛合金、高温合金、硬质合金难熔金属等金属材料，氧化锆、氧化铝、碳化硅等特种陶瓷材料以及羟基磷灰石等生物陶瓷材料，以满足不同的应用需求。
UPGM-93WNIFE钨合金丸是盛华自主研发的一种金属-聚合物复合材料。 颜色为灰色，粒径为 8-14 目。 可用于航空航天、军事国防、核工业、工业制造及配件。 其他领域钨金属结构件的开发与制造。
▲ 3D打印设备
基于PEP技术，遵循模型设计→过程经验评估/软件仿真→原型方法验证→绿色打印的标准化生产流程。 通过升华3D打印机系统，将粒状材料加热成熔化的糊状物，然后逐层挤压、堆叠，形成具有一定密度和强度的高精度生坯。 该系统可实现大尺寸（最大成型体积：500×500×600mm）钨金属结构件打印，并具有热风室恒温系统和真空吸附平台，可有效防止翘曲。 印刷成型后，绿胚还需要经过脱脂和烧结工序。
▲ 3D打印工艺参数
▲UPGM-93WNIFE钨合金坯体样品
脱脂的作用是去除 3D 打印生坯中的大部分粘合剂聚合物。 脱脂工艺包括水脱脂、溶剂脱脂和催化脱脂。 脱脂过程比较简单。 坯体在适量的脱脂剂中浸泡一段时间。 脱去粘合剂聚合物的生坯称为棕胚，送至烧结环节，得到致密的金属/陶瓷结构件。 Sublimation 3D目前有成熟的水性93W-NiFe打印材料。 如下图所示，在脱脂工序中，采用“水处理脱脂工艺”溶解去除胶B； 除油后残留的粘合剂A使棕坯具有一定的强度，便于运输。 剩余的粘合剂A将在后续的烧结过程中在高温下被去除。
▲脱脂工艺示意图
由于脱脂后存在一定的空隙，所得棕坯的强度和密度较低。 基于PEP技术路线，探索出适合的烧结工艺，可根据客户粉体物理性能调整烧结工艺参数。 通过烧结，首先在适当的加热温度下除去残留的粘合剂聚合物。 当温度升高到高于金属/陶瓷颗粒的熔点时，颗粒开始熔化并生长到接近致密的密度。 由于烧结温度低于其他类型的直接3D打印工艺所需的完全熔化温度，并且可以更均匀地施加热量，从而确保了产品性能的一致性。
▲UPGM-93WNIFE钨合金烧结件的力学性能
需要注意的是，在烧结过程中，由于粘结剂聚合物的脱除和材料颗粒的长大，会产生一定的收缩率合金饰品价值，但收缩率是恒定的。 设计和成型步骤将按比例放大，以补偿烧结步骤中的收缩。 烧结钨合金部件可以达到或超过传统工艺制备的性能指标。
▲ UPGM-93WNIFE 钨合金烧结样品
PEP技术为解决钨合金机加工、复杂结构生产和轻量化设计等难点提供了新的解决方案。 PEP工艺制备的钨合金零件可以直接使用，可以实现更快的生产和打样。 盛华3D将进一步挖掘技术潜力，建立完整的工艺路线。 此次推出的钨合金3D打印服务，也将为钨金属加工和柔性设计在航天、航空、军事、医疗和核工业等应用领域开辟新方向。
PEP技术为解决钨合金机加工、复杂结构生产和轻量化设计等难点提供了新的解决方案。 PEP工艺制备的钨合金零件可以直接使用，可以实现更快的生产和打样。 盛华3D是一家从材料开发制备、3D打印设备研发生产、脱脂烧结工艺到打印服务的全套高性能间接3D打印整体解决方案供应商。 我们掌握了难熔金属间接3D打印在打印设备及核心部件、成型材料、工艺和软件等方面的关键技术，推出了钨合金间接3D打印服务计划，将应用于航天、航空、军事、医疗等领域和核工业。 在钨金属加工和柔性设计领域开辟新的方向。
总的来说，3D打印为钨等难熔合金的制造提供了一条不同于传统技术的新路径。 然而，一项技术仍然不能解决所有问题，而3D打印的多种成型工艺可以应用于制造不同结构的难熔合金。 无论是在增材制造行业，还是在应用端，都应该关注工艺多样化给生产带来的便利。
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