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鎢基金屬材料，包括鎢、鎢合金和鎢基金屬基復(fù)合材料，作為難熔金屬的一種，其快速原型制造一直屬于極具挑戰(zhàn)性的工作?；诟叨藨?yīng)用領(lǐng)域需求的高品質(zhì)，傳統(tǒng)制造工藝日益展現(xiàn)出不同的弊端，如較高的孔隙率、熔化不足、微觀組織相關(guān)的韌脆轉(zhuǎn)變等，而3D打印作為智能制造的關(guān)鍵性技術(shù)，正以一種推動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)方式變革的新路徑成為市場(chǎng)認(rèn)可的 “香餑餑”。由于其整體材料經(jīng)濟(jì)性、制造過(guò)程和打印結(jié)構(gòu)的自由度、跨尺度材料構(gòu)建的便捷性等特點(diǎn)，日益受到學(xué)術(shù)界研究和工業(yè)界應(yīng)用的青睞，也日益成為了重要的先進(jìn)制造手段。

傳統(tǒng)制造技術(shù)制備鎢基金屬產(chǎn)品——無(wú)法滿(mǎn)足要求

鎢及鎢合金屬于典型的高熔點(diǎn)難熔金屬，超高的密度、硬度、光澤度和質(zhì)感，耐腐蝕性、延展性及導(dǎo)熱性好，電性能優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度高，低熱膨脹，吸收射線(xiàn)能力強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、國(guó)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(lǐng)域。

 △鎢合金穿甲彈（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

近年隨著醫(yī)療器械、國(guó)防軍工和航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)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(shù)制備鎢基金屬產(chǎn)品，主要存在以下問(wèn)題：1、由于較高的熔點(diǎn)和低溫脆性，一般的鑄造和機(jī)加工方法無(wú)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(qiáng)度低、塑性差以及雜質(zhì)含量難以控制等缺點(diǎn)；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(shí)現(xiàn)成形。

PEP 3D打印技術(shù)  制備鎢基金屬產(chǎn)品——滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求

為解決上述問(wèn)題，升華三維首創(chuàng)“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)——粉末擠出打印技術(shù)（PEP），打破了傳統(tǒng)的制造模式，能夠在無(wú)模具的情況下將鎢基金屬材料成型，然后再結(jié)合傳統(tǒng)的脫脂燒結(jié)等工藝進(jìn)行后處理，獲得最終的強(qiáng)度。這樣通過(guò)低溫段成形，高溫段成性，可以確保產(chǎn)品性能的一致性，從而獲得滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求的產(chǎn)品。

△粉末擠出打印技術(shù)（PEP）

該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要有：1、無(wú)需開(kāi)模，操作簡(jiǎn)單，敏捷成形；2、為產(chǎn)品功能而設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的幾何形狀；3、成本降低90%，效率提升10~100倍，制造周期大幅縮減；4、3D打印成形+粉末冶金燒結(jié)，獲得產(chǎn)品性能一致且優(yōu)良；5、材料可循環(huán)利用；6、可利用粉末注射成形成熟穩(wěn)定的技術(shù)及材料體系，滿(mǎn)足工業(yè)化生產(chǎn)需求；7、批量化燒結(jié)處理，可規(guī)?；圃?。

推薦鎢基金屬產(chǎn)品的制備方案

UPS-556 3D打印機(jī) & 鎢合金顆粒料（UPGM-96WNIFE）     

o大尺寸獨(dú)立雙噴嘴3D打印機(jī)UPS-556

設(shè)備特點(diǎn)

?成形尺寸：500mm×500mm×600mm

?可基于PIM的材料進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)及適配，材料可循環(huán)利用

?負(fù)壓吸附成型平臺(tái)，安裝拆卸十分便捷

?自動(dòng)進(jìn)料功能，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人看守長(zhǎng)時(shí)間打印

?噴嘴自動(dòng)擦拭功能，緩解噴嘴粘料現(xiàn)象

?內(nèi)置熱風(fēng)控制系統(tǒng)，保證腔室內(nèi)恒溫環(huán)境

o鎢合金顆粒料 UPGM-96WNIFE

UPGM-96WNIFE是一種金屬聚合物復(fù)合材料，呈灰色，粒徑在8-14目的近球形顆粒，可用于生產(chǎn)鎢合金的金屬部件。通過(guò)升華三維3D打印機(jī)逐層快速打印出你預(yù)設(shè)的模型生坯，然后經(jīng)過(guò)脫脂和燒結(jié)工藝，得到最終致密的金屬部件。

 △升華三維鎢合金燒結(jié)件力學(xué)性能

鎢材應(yīng)用案例

材料、設(shè)備、工藝三位一體整合

升華三維通過(guò)對(duì)金屬3D打印設(shè)備的升級(jí)、打印材料配方以及對(duì)鎢材3D打印工藝的系統(tǒng)性研究，已掌握鎢材的金屬3D打印能力。打印好的鎢合金部件具有超高的密度、硬度，良好的光澤度和質(zhì)感，延展性及導(dǎo)熱性好，電性能優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度高，吸收射線(xiàn)能力強(qiáng)。

 △鎢合金樣品展示（樣品來(lái)源：升華三維）

在鎢基金屬產(chǎn)品的3D打印過(guò)程中，材料、設(shè)備和工藝是影響最終質(zhì)量的三個(gè)基本要素，圍繞這些要素，升華三維通過(guò)與材料供應(yīng)商、科研院所、下游用戶(hù)等多方聯(lián)合進(jìn)行新材料和針對(duì)性工藝的開(kāi)發(fā)以及設(shè)備的升級(jí)迭代。例如針對(duì)高比重鎢合金材料的開(kāi)發(fā)，升華三維聯(lián)合天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用UPS-556開(kāi)發(fā)了合適的打印工藝，成功制備了高密度99.1±0.2%（見(jiàn)下表），拉伸強(qiáng)度801MPa，延伸率為22.1%（見(jiàn)下圖），沒(méi)有缺陷的高比重鎢合金（96W-2.7Ni-1.3Fe）。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26.1%。

△不同燒結(jié)條件下的硬度和相對(duì)密度表

△熱處理前后拉伸曲線(xiàn)圖

對(duì)于難熔金屬材料而言，PEP技術(shù)是一種創(chuàng)新性的3D打印方法。未來(lái)醫(yī)療器械、國(guó)防軍工和航空航天等領(lǐng)域的需求發(fā)展可能對(duì)含鎢超級(jí)合金和高比重鎢合金有利，預(yù)計(jì)到2029年，鎢在超級(jí)合金中的消費(fèi)量年增長(zhǎng)率將達(dá)到8%。PEP技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以解決鎢材傳統(tǒng)制造技術(shù)難以解決的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的加工制造問(wèn)題，還能為解決我國(guó)航空航天、汽車(chē)、船舶、能源、化工、醫(yī)療等廣大制造業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件減重設(shè)計(jì)及制造問(wèn)題提供一種新的解決途徑。