钨粉制造商开发间接金属3D打印钨合金粉末,探索全新设计可行性

钨的熔点是所有金属元素中最高的,密度(19.3 g/cm³)很高,钨的硬度也很高,如碳化钨的硬度则与金刚石接近。此外,钨还具有良好的导电性和导热性,较小的膨胀系数等特性,因而被广泛应用到合金、电子、化工等领域,其中硬质合金是钨最大的消费领域。[1]

钨金属是典型的难熔金属,难成形材料,也难以通过金属3D打印技术进行加工。根据3D科学谷的市场观察,目前少量企业通过基于粉末床工艺的电子束熔化(EBM)和选区激光熔化(SLM)3D打印技术在探索纯钨以及钨合金的制造,这两种技术均为直接金属3D打印技术。钨粉制造商GTP 正在推进两种钨合金粉末的研发,与以往涉及到的钨合金3D打印粉末所不同的是,这两种钨合金材料将用于粘结剂喷射这一间接金属3D打印技术。

Tungsten_Valleyblock 探索钨合金全新设计可行性

GTP正在基于粘结剂喷射金属3D打印技术开发硬质合金(WC-Co)和铜钨(CuW)这两种钨基合金粉末材料。

硬质合金(WC-Co)是一种具有非常高的硬度和韧性的材料,被广泛用于切削刀具和耐磨零件的生产。铜钨(CuW)材料适合用于需要高耐热性、高电导率和导热率以及低热膨胀的环境中。

tungsten-GTP粘结剂喷射3D打印制造的碳化钨零件
来源:GTP

钨金属的传统制造工艺是将碳化钨粉末压制成所需的形状,然后通过烧结工艺提高零件的强度和密度。通过粘结剂喷射金属3D打印技术,能够在无模具的情况下将钨金属粉末成型,然后再结合传统的烧结等工艺进行后处理,获得最终的强度。3D打印技术的应用,不仅能够节省模具制造时间与成本,还能够实现更为复杂的零部件设计,提升零部件的附加值。

除了开发钨合金3D打印材料,GTP 还提供硬质合金零件的3D打印服务,希望帮助应用端探索钨金属的全新设计可行性

block 3D科学谷Review

GTP 同时还提供用于EBM 和SLM 金属3D打印的钨合金粉末,在开发粉末的同时对于钨合金材料的3D打印工艺参数进行了研究。GTP曾与合作伙伴进行了一项题为“直接金属激光烧结/选区激光熔融钨粉(Direct Metal Laser Sintering / Selective Laser Melting of Tungsten Powders)”的研究,目的是确定影响钨粉致密化的关键工艺参数,这对于制造具有良好机械性能的复杂零件至关重要。研究团队还对低表观密度或低球形粉末作为选区激光熔融3D打印原材料的可行性进行了研究。

在纯钨或钨合金的3D打印应用方面,根据3D科学谷的市场研究,飞利浦旗下的医疗成像元件制造商Smit Röntgen 已通过金属3D打印设备制造了一系列纯钨零件,例如通过SLM 3D打印制造X射线设备中的针孔准直器零件。3D打印对于生成薄壁零件十分有效,这给准直孔径角和形状带来极大地制造自由度。另一家医学影像巨头GE 也通过金属3D打印技术开发了钨金属准直器,此外GE 增材制造部门提供可制造镍基高温合金、钨等高温材料的EBM 3D打印技术。

国内企业中,西安铂力特、湖南伊澍智能制造等少数企业也在开发钨金属材料的增材制造应用。铂力特已利用SLM 3D打印设备开发出了钨合金3D打印零件,零件整体采用薄壁结构,最小壁厚仅0.1mm。湖南伊澍智能制造基于EBM 3D打印技术开展了对WC-Co硬质合金层-金刚石复合材料组分以及材料增材制造工艺参数的研究,该技术旨在解决硬质合金刀具涂层剥落的问题,利用增材制造工艺与材料,实现金刚石涂层材料与WC-Co硬质合金层以化学键方式的结合。

以粘结剂喷射金属3D打印技术为代表的间接金属3D打印以高速、低成本获得了业界的高度关注。GTP 正在推进的钨合金间接3D打印技术,是否将为钨合金应用领域带来高速以及更低成本的批量生产解决方案,3D科学谷将保持关注。

参考资料:

[1] 金属百科, http://baike.asianmetal.cn/metal/w/application.shtml

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