正在上升的硬质合金3D打印-材料与增材制造工艺

根据3D科学谷的市场研究,传统注塑成型工艺制造的硬质合金工件流程中的脱脂,烧结过程与粘结剂喷射金属3D打印技术所需要的后处理过程是一致的。

那么按照这个逻辑去思考,包括Binder Jetting粘结剂喷射,粉末挤出3D打印等3D打印技术是否可以替代注塑成型工艺或粉末冶金工艺,成就无需模具,且内部结构更为复杂的硬质合金工件呢?本期,3D科学谷一起通过几个典型案例,与谷友一起来洞悉正在上升的硬质合金3D打印。

Desktop Metal_Kennal肯纳金属通过Desktop Metal的粘结剂喷射3D打印技术制造的硬质合金刀具组件
© 肯纳金属

block 肯纳金属

Kennametal肯纳金属于2021 年 9 月 13 日宣布推出 KAR85-AM-K,这是其用于金属增材制造的最耐腐蚀的碳化钨牌号。它可与 Kennametal 的粘合剂喷射 3D 打印功能结合使用,以生产完整的耐磨部件。通过 KAR85-AM-K,Kennametal 将 3D 打印的优势(例如更大的设计灵活性和更短的交货时间)与传统硬质合金的性能相结合,为石油和天然气、发电等领域的客户生产高性能零件。使用新等级制造的组件已经在与选定的客户进行现场试验。

cut_Kenna© 肯纳金属

肯纳金属将新型 KAR85-AM-K 牌号的卓越耐磨性和耐腐蚀性与粘合剂喷射 3D 打印方面的深厚专业知识相结合,提供了两全其美的优势——传统碳化钨非常理想的材料特性和增材制造带来的设计灵活性——用于在最苛刻的应用中走得更远的高性能组件。

KAR85-AM-K提供类似于其传统对应等级 CN13S 的耐腐蚀和耐磨性能。结合 粘结剂喷射3D打印技术带来的增材制造能力,KAR85-AM-K 可生产出完全致密、耐腐蚀的部件,达到或超过传统制造的硬质合金部件的性能。

Valley_Hard Alloy© 3D科学谷白皮书

与标准钴基钨牌号相比,新牌号成分具有钴、镍和铬的专有混合物,可提高耐腐蚀性。这是肯纳金属公司开发的第二个商用硬质合金牌号,用于其粘合剂喷射增材制造工艺,也是该公司针对 3D 打印优化的高性能金属粉末组合的最新成员。此前,肯纳金属于2021年还推出了符合激光束粉末床熔融(PBF-LB)增材制造标准的硬质合金粉Stellite21,Stellite21具有钴铬钼合金基体,该基体包含分散的硬质碳化物,这些硬质合金可以增强合金并增加硬度,同时降低材料的延展性。它还具有出色的耐腐蚀性能和抗热,机械冲击性能。

block 山特维克

山特维克于2022年4月宣布通过引入具有卓越耐磨性能的 3D 打印硬质合金继续扩展其增材制造产品。山特维克开发了独特的粉末和工艺。3D科学谷了解到山特维克的粉末经过优化,可打印外观精美、效果良好的组件,并且适合在实际应用、苛刻环境和批量生产中使用。值得一提的是,3D 打印硬质合金的能力大大加快了产品的开发与商业化时间。原型制作过去需要 6 到 12 个月,而现在开发到商业化的交货时间是几周的问题。

许多人一直在与传统硬质合金制造所带来的设计限制作斗争——这使得这些部件的全部潜力无法实现。山特维克通过实施增材制造,可以高效地生产几乎任何复杂几何形状的一系列产品,从而在各个行业实现改进的功能。与增材制造特别相关的是具有流体通道、端口和类似部件的组件,因为通道和其他任意空腔很难钻孔,但3D打印起来没有问题。

cut_Sandvik© 山特维克

block 弗劳恩霍夫

在硬质合金的3D打印方面,国际上,德国弗劳恩霍夫(Fraunhofer)研究所的研究人员早先就成功地使用粘结剂喷射3D打印技术生产硬质合金刀具。通过3DP打印硬质合金粉末,研究所能够轻松创建复杂的设计。在这个过程中,陶瓷硬质材料的粉末颗粒,包括碳化钨颗粒通过含钴、镍或铁的粘结材料层层打印粘结起来。这种粘合材料不仅是粉末层之间的粘合剂,还使得产品具有良好的机械性能并能生产完全致密的部件,甚至可以选择性地调整弯曲强度、韧性和硬度。后续的处理包括烧结处理,得到与传统加工方式一致的硬质合金模具紧实度。

block TECNALIA

根据3D科学谷的市场观察,西班牙TECNALIA 利用其科学研究知识帮助公司通过颠覆性粘结剂喷射技术取得成功。粘结剂喷射增材制造克服了需要支撑的增材制造工艺的局限性,可用于加工所需但难以加工的硬质金属和工具钢,设计自由度使提高性能的冷却通道能够直接集成到设计中。

block 升华三维

国内,升华三维在致力于高温合金、难熔金属等特种金属及特种合金零部件灵活定制设计制造的同时,正升级为面向钨部件高密度、大尺寸、规模化生产的卓越3D打印解决方案提供商。

PEP-粉末挤出3D打印技术,是基于粉末冶金工艺而形成的新型3D打印技术。升华三维自主研发的钨合金颗粒料UPGM-96WNIFE,与市场上涉及到的钨合金3D打印粉末所不同的是,它用于粉末挤出这一间接金属3D打印技术。正是由于其热融挤压系统操作简单、将打印与脱脂烧结分开、有效实现对材料的控制与成形等多项优势,为钨合金应用领域带来了高效以及更优性价比的批量生产解决方案。

part_Huasheng钨合金屏蔽件(生坯)
© 升华三维

在开发颗粒材料的同时,升华三维对钨合金屏蔽件的3D打印和脱脂烧结的工艺控制进行研究,以完美掌握影响钨合金致密化的关键工艺参数。通过PEP技术,能够在无模具的情况下将钨合金颗粒料成型,然后再结合传统的脱脂烧结等工艺进行后处理,获得最终的密度和强度。

一些有中空或多孔结构和不能直接切割的零部件用传统方法很难制造出来,升华三维的PEP特色工艺实现一体化打印制造,缩短了时间周期,也使得钨合金屏蔽件得到更多性能的优化。

知之既深,行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络,3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析,请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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