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鎢基金屬材料，包括鎢、鎢合金和鎢基金屬基復合材料，作為難熔金屬的一種，其快速原型制造一直屬于極具挑戰性的工作。基于高端應用領域需求的高品質，傳統制造工藝日益展現出不同的弊端，如較高的孔隙率、熔化不足、微觀組織相關的韌脆轉變等，而3D打印作為智能制造的關鍵性技術，正以一種推動實現產品生產方式變革的新路徑成為市場認可的 “香餑餑”。由于其整體材料經濟性、制造過程和打印結構的自由度、跨尺度材料構建的便捷性等特點，日益受到學術界研究和工業界應用的青睞，也日益成為了重要的先進制造手段。

傳統制造技術制備鎢基金屬產品——無法滿足要求

鎢及鎢合金屬于典型的高熔點難熔金屬，超高的密度、硬度、光澤度和質感，耐腐蝕性、延展性及導熱性好，電性能優良，抗拉強度高，低熱膨脹，吸收射線能力強，被廣泛應用于醫療器械、國防軍工、航空航天、電子信息、能源、化工冶金、核工業等諸多領域。

 △鎢合金穿甲彈（來源：網絡）

近年隨著醫療器械、國防軍工和航空航天等領域的快速發展，對鎢材零部件結構提出更高要求，如具有薄壁、曲面、彎曲管道、孔和槽等特征，利用傳統制造技術制備鎢基金屬產品，主要存在以下問題：1、由于較高的熔點和低溫脆性，一般的鑄造和機加工方法無法制備鎢或鎢合金材；2、即使采用粉末冶金方法，所得常規燒結態的鎢材存在密度低、強度低、塑性差以及雜質含量難以控制等缺點；3、鎢材零部件的結構有薄壁、曲面、孔、槽以及彎曲管道等特征，采用粉末冶金方法難以實現成形。

PEP 3D打印技術  制備鎢基金屬產品——滿足實際應用需求

為解決上述問題，升華三維首創“3D打印+粉末冶金”相結合的金屬·陶瓷間接3D打印技術——粉末擠出打印技術（PEP），打破了傳統的制造模式，能夠在無模具的情況下將鎢基金屬材料成型，然后再結合傳統的脫脂燒結等工藝進行后處理，獲得最終的強度。這樣通過低溫段成形，高溫段成性，可以確保產品性能的一致性，從而獲得滿足實際應用需求的產品。

△粉末擠出打印技術（PEP）

該技術的優勢主要有：1、無需開模，操作簡單，敏捷成形；2、為產品功能而設計優化，實現傳統制造工藝無法實現的幾何形狀；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，獲得產品性能一致且優良；5、材料可循環利用；6、可利用粉末注射成形成熟穩定的技術及材料體系，滿足工業化生產需求；7、批量化燒結處理，可規模化制造。

推薦鎢基金屬產品的制備方案

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

o大尺寸獨立雙噴嘴3D打印機UPS-556

設備特點

?成形尺寸：500mm×500mm×600mm

?可基于PIM的材料進行二次開發及適配，材料可循環利用

?負壓吸附成型平臺，安裝拆卸十分便捷

?自動進料功能，可實現無人看守長時間打印

?噴嘴自動擦拭功能，緩解噴嘴粘料現象

?內置熱風控制系統，保證腔室內恒溫環境

o鎢合金顆粒料 UPGM-96WNIFE

UPGM-96WNIFE是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，可用于生產鎢合金的金屬部件。通過升華三維3D打印機逐層快速打印出你預設的模型生坯，然后經過脫脂和燒結工藝，得到最終致密的金屬部件。

 △升華三維鎢合金燒結件力學性能

鎢材應用案例

材料、設備、工藝三位一體整合

升華三維通過對金屬3D打印設備的升級、打印材料配方以及對鎢材3D打印工藝的系統性研究，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，良好的光澤度和質感，延展性及導熱性好，電性能優良，抗拉強度高，吸收射線能力強。

 △鎢合金樣品展示（樣品來源：升華三維）

在鎢基金屬產品的3D打印過程中，材料、設備和工藝是影響最終質量的三個基本要素，圍繞這些要素，升華三維通過與材料供應商、科研院所、下游用戶等多方聯合進行新材料和針對性工藝的開發以及設備的升級迭代。例如針對高比重鎢合金材料的開發，升華三維聯合天津大學團隊采用UPS-556開發了合適的打印工藝，成功制備了高密度99.1±0.2%（見下表），拉伸強度801MPa，延伸率為22.1%（見下圖），沒有缺陷的高比重鎢合金（96W-2.7Ni-1.3Fe）。熱處理后，性能進一步提高拉伸強度為838MPa，延伸率達到26.1%。

△不同燒結條件下的硬度和相對密度表

△熱處理前后拉伸曲線圖

對于難熔金屬材料而言，PEP技術是一種創新性的3D打印方法。未來醫療器械、國防軍工和航空航天等領域的需求發展可能對含鎢超級合金和高比重鎢合金有利，預計到2029年，鎢在超級合金中的消費量年增長率將達到8%。PEP技術的應用，不僅可以解決鎢材傳統制造技術難以解決的復雜結構零件的加工制造問題，還能為解決我國航空航天、汽車、船舶、能源、化工、醫療等廣大制造業領域的復雜結構件減重設計及制造問題提供一種新的解決途徑。