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核工業(yè)領(lǐng)域需要使用鎢、鉬等難熔金屬制造部件以適應(yīng)其極端環(huán)境。升華三維PEP技術(shù)能夠很好彌補傳統(tǒng)工藝制造難熔金屬的不足，可解決難熔金屬快速開發(fā)及復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造等難題。能夠使得多孔過濾組件實現(xiàn)快速一體化成形，大大優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和使用效率。PEP工藝在核工業(yè)領(lǐng)域已實現(xiàn)商業(yè)化，能大幅降低核反應(yīng)裝置的應(yīng)用開發(fā)和制造成本。

模型評估

PEP技術(shù)在制備難熔金屬方面的應(yīng)用和研究已經(jīng)取得一定成就，現(xiàn)已支持多種難熔金屬材料的3D打印，不同材料可通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)而得到高致密的結(jié)構(gòu)件。升華三維擁有為PEP工藝制備打印材料的專業(yè)密煉造粒設(shè)備，主要采用蠟基粘結(jié)劑體系為難熔金屬3D打印材料開發(fā)提供支持。

該晶格結(jié)構(gòu)產(chǎn)品為核工業(yè)領(lǐng)域用于核反應(yīng)裝置中的新型過濾組件，采用升華三維UPRISE 3D軟件根據(jù)主體組件模型進行了自定義晶格填充設(shè)計，該軟件功能模塊中目前已開發(fā)了20多種類型成熟的晶格填充結(jié)構(gòu)?？煽焖偕啥喾N多孔過濾結(jié)構(gòu)，以支持客戶評估過濾效果，獲得最佳解決方案。

▲新型核工業(yè)多孔過濾組件模型 @升華三維

應(yīng)用材料

采用了基于PEP技術(shù)的蠟基體系鎢合金顆粒喂料（UPGM-93WNiFe）作為應(yīng)用開發(fā)階段的認(rèn)證材料，其鎢粉粒徑在2-3μm之間，粉體裝載量為47vol.%。鎢合金喂料具有高密度、高質(zhì)量、低成本等優(yōu)勢，可應(yīng)用于高比重鎢合金材料的核反應(yīng)堆防護罩、輻射屏蔽組件、核燃料元件、吸收桿等的開發(fā)生產(chǎn)。

▲UPGM-93WNiFe 3D打印材料 @升華三維

3D打印

該過濾組件采用大尺寸獨立雙噴嘴3D打印機UPS-556成型，打印具有一定密度和強度的生坯，其生坯密度可達(dá)8.86g/cm3，該組件打印時長約為6小時。組件單壁厚度為1.3mm，可實現(xiàn)更復(fù)雜且精細(xì)的多孔結(jié)構(gòu)，此外采用螺桿擠出打印系統(tǒng)也有效免除了清粉步驟。而UPS-556（最大打印尺寸：500*500*600mm）可實現(xiàn)連續(xù)7天打印，為制備大尺寸的應(yīng)用成品提供了支持。

▲新型核工業(yè)多孔過濾組件打印參數(shù) @升華三維

產(chǎn)品燒結(jié)

PEP工藝需要通過打印生坯獲得產(chǎn)品形狀，然后采用傳統(tǒng)的脫脂燒結(jié)工藝來完成難熔金屬產(chǎn)品制造。采用PEP工藝燒結(jié)后的金屬會獲得與粉末冶金工藝相當(dāng)?shù)男阅?。不過由于粘結(jié)劑的去除和材料顆粒的生長，會發(fā)生等比例收縮，UPGM-93WNiFe的收縮比率約23%。因此在模型設(shè)計時就會將比例放大，該材料的生坯放大系數(shù)為1.30，從而確保了產(chǎn)品燒結(jié)后能達(dá)到近凈尺寸。

▲新型核工業(yè)多孔過濾組件燒結(jié)樣品 @升華三維

該批制備的鎢合金過濾組件測試樣件已完成交付，并獲得了客戶的認(rèn)可。后續(xù)將共同突破更多難熔金屬材料的制備，以加快新型組件的開發(fā)與生產(chǎn)。PEP技術(shù)采用的“3D打印+粉末冶金”工藝模式，具有“兩頭寬”的獨特優(yōu)勢：在材料端可適配更多的難熔金屬材料，而在燒結(jié)端同時又能適應(yīng)傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝，能有效降低上新工藝投入成本。而基于3D打印的特點可顯著減少難熔金屬產(chǎn)品的加工工序，且性能一致性好、良品率高，可為客戶節(jié)省大量應(yīng)用開發(fā)投入和生產(chǎn)成本。在核工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，升華三維將緊跟行業(yè)發(fā)展步伐，深挖市場應(yīng)用，以滿足客戶多樣化需求。