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在空間動力系統(tǒng)領(lǐng)域，難熔金屬因能夠在極端高溫環(huán)境下保持機(jī)械性能，可應(yīng)用于火箭發(fā)動機(jī)的渦輪葉片、燃燒室、噴嘴等。PEP采用低溫成型、高溫成性方式，可有效地解決其他3D打印難熔金屬過程中，極易出現(xiàn)的變形、裂紋、孔洞等問題，且能確保產(chǎn)品性能的一致性。為難熔金屬熱端部件制備，提供了一種更經(jīng)濟(jì)的增材制造方法。

模型評估

該應(yīng)用開發(fā)產(chǎn)品為空間動力系統(tǒng)的熱端部件，用于客戶開發(fā)難熔金屬航天燃燒室的測試組件。采用UPRISE 3D軟件對其模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使得更適合3D打印方式，以實現(xiàn)集成化、一體化的制備成型。并充分利用了3D打印的高自由度設(shè)計，在燃燒室壁內(nèi)設(shè)計有隨形冷卻流道。

▲燃燒室組件模型 @升華三維

應(yīng)用材料

此次為了能更好的契合后續(xù)的燒結(jié)工藝，開發(fā)了基于PEP技術(shù)的蠟基體系鎢合金顆粒喂料（UPGM-93WNiFe）作為前期認(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，可用于制造需要承受極端溫度和壓力的部件。

▲UPGM-93WNiFe 3D打印材料 @升華三維

除了以上的鎢合金之外，升華三維已開發(fā)有90W以上等多種成分比例的高比重鎢合金。實際上，粒徑在0.2-100μm之間的難熔金屬及其合金粉末材料，PEP工藝均可適配并配置成3D打印喂料，為難熔金屬熱端部件開發(fā)制造提供了更多材料支持。

▲PEP可打印的難熔金屬及其合金材料 @升華三維

3D打印

該組件采用工業(yè)型獨立雙噴嘴3D打印機(jī)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。該設(shè)備可支持大尺寸（成型尺寸：500*500*600mm）產(chǎn)品的長時間打印，可實現(xiàn)連續(xù)7天打印，為制備大尺寸的應(yīng)用場景產(chǎn)品提供支持。該組件打印時長約為24小時，相對傳統(tǒng)開模工藝節(jié)省了80％的時間。一并解決了難熔金屬快速開發(fā)及復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造等難題。

▲鎢合金燃燒室組件打印參數(shù) @升華三維

產(chǎn)品燒結(jié)

通過模型設(shè)計-打印生坯-脫脂燒結(jié)等工藝步驟后可獲得難熔金屬產(chǎn)品的性能。該案例利用了PEP的成型技術(shù)來結(jié)合客戶的成熟燒結(jié)工藝，雙方把握各自的擅長領(lǐng)域，形成默契配合，使得燒結(jié)的產(chǎn)品更符合應(yīng)用要求。需要說明的是，燒結(jié)工藝需要去除粘結(jié)劑，且材料顆粒會生長，這個過程會發(fā)生等比例收縮，而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，該產(chǎn)品的生坯放大系數(shù)為1.30，從而確保了產(chǎn)品燒結(jié)后能達(dá)到近凈尺寸。

▲鎢合金推進(jìn)器組件

客戶采用鎢合金喂料來認(rèn)證項目的應(yīng)用需求，以便為后續(xù)開發(fā)實際產(chǎn)品能兼容更多的難熔金屬材料，從而探尋到最佳解決方案。如鉬、鉭等難熔金屬都具有極高的熔點和優(yōu)異的高溫性能，都可適用于航空航天領(lǐng)域中的高溫部件。PEP技術(shù)的“3D打印+粉末冶金”的工藝模式，能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，能為客戶節(jié)省大量應(yīng)用開發(fā)投入及生產(chǎn)成本。采用PEP工藝來制備難熔金屬熱端部件，具有廣泛應(yīng)用前景和極高商業(yè)價值。目前升華三維已推出難熔金屬3D打印解決方案及打印服務(wù)，歡迎垂詢！