粉末擠出3D打印制備高比重鎢合金材料解決方案2024/04/16 閱讀：1936
方案摘要
鎢合金3D打印服務
由升華三維提出的“3D打印+粉末冶金”相結合的金屬間接3D打印技術——粉末擠出打印技術（PEP）。PEP采用金屬/陶瓷粉體適配粘結劑通過3D打印專用密煉機混煉成顆粒材料、然后通過3D打印設備制備出具有一定密度和強度的生坯，再經(jīng)過3D打印專用脫脂燒結爐進行后處理工藝，從而獲得最終致密和性能優(yōu)異的結構件。為解決鎢合金機械加工及復雜結構生產(chǎn)難等問題提供全新的解決途徑。
打印材料的開發(fā)
升華三維根據(jù)金屬/陶瓷粉體的物性（粒徑分布、形貌、比表面積等）和產(chǎn)品的性能要求，選擇合適的粘接劑配方體系（水基、塑基、蠟基等）進行適配，通過密煉機充分混合密煉高分子粘結劑與金屬/陶瓷粉末，最后通過造粒機制備得到粒徑可控的顆粒料材料。開發(fā)出適配升華三維3D打印機的材料。
UPGM-93WNIFE鎢合金顆粒料是升華自主研發(fā)的一種金屬聚合物復合材料，呈灰色，粒徑在8-14目的近球形顆粒，可應用于航空航天、軍事國防、核工業(yè)、工業(yè)制造及飾品等領域的鎢金屬結構件開發(fā)制造。
3D打印成型
基于PEP技術，以按照模型設計 →工藝經(jīng)驗評估/軟件模擬 → 原型法驗證 → 生坯打印的規(guī)范生產(chǎn)流程。通過升華三維3D打印機系統(tǒng)將顆粒料加熱成熔融膏狀，再擠壓并逐層堆積成形，可得到高精度并具有一定密度和強度的生坯。該系統(tǒng)可實現(xiàn)大尺寸（最大成型體積：500×500×600mm）鎢金屬結構件打印，且具有熱風腔體恒溫系統(tǒng)和真空吸附平臺，可有效防止翹邊現(xiàn)象。打印成型后，生坯還需要進行脫脂和燒結過程。
脫脂工藝
脫脂的作用是從3D打印后的生坯中去除大部分粘結劑聚合物。脫脂工藝包括水脫脂、溶劑脫脂和催化脫脂。脫脂過程相對簡單，將生胚浸泡于適量的脫脂劑里一段時間，被去除粘結劑聚合物的生坯稱之為棕胚，將被送至燒結環(huán)節(jié)從而得到致密的金屬/陶瓷結構部件。升華三維目前已擁有成熟的蠟基93W-NiFe打印材料。如下圖所示，在脫脂環(huán)節(jié)，使用“溶劑脫脂工藝”，溶解脫除粘接劑B；脫脂后，殘留的粘接劑A，使棕坯具有一定的強度，以方便轉運。而殘留的粘接劑A，將在后續(xù)燒結過程中高溫去除。
燒結工藝
獲得的棕坯因在脫脂后存在一定的空隙，其強度和密度較低。基于PEP技術路線已摸索出合適的燒結工藝，并可根據(jù)客戶粉體物性調整燒結工藝參數(shù)。通過燒結，殘余的粘結劑聚合物首先在適當?shù)募訜釡囟认卤蝗コ．敎囟壬叩浇饘?/span>/陶瓷粒子的熔點以上時，這些粒子開始熔化并增長到密度達到近乎致密。因燒結溫度低于其他類型的直接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。
需要注意的是，在燒結過程中，由于粘結劑聚合物的去除和材料顆粒的生長，會發(fā)生一定比率的收縮，但收縮率是恒定的，UPGM93W-NiFe的收縮比率約23%。設計和成型步驟將按比例放大，以補償在燒結步驟中的收縮。燒結后的鎢合金構件，能達到或超過傳統(tǒng)工藝制備性能指標。PEP工藝有別于傳統(tǒng)的SLM金屬3D打印技術，其兼具了3D打印和粉末冶金的雙重優(yōu)點，通過3D打印解決了鎢合金復雜結構成形難問題，再經(jīng)過成熟粉末冶金的脫脂燒結工藝，從而獲得最終致密和性能優(yōu)異的鎢合金產(chǎn)品。能夠很好彌補其他工藝制造的不足。
提供鎢合金打印服務
升華三維已具有完備制造鎢合金產(chǎn)品的增材制造工藝鏈，現(xiàn)已推出了鎢合金打印服務，不再需要投入巨額加工設備成本，即可實現(xiàn)高質量、高性能的鎢合金產(chǎn)品快速制造。為航空航天、國防工業(yè)、核工業(yè)及醫(yī)療等應用領域在鎢金屬加工制造及靈活設計開拓新方向。
