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根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，傳統(tǒng)注塑成型工藝制造的硬質(zhì)合金工件流程中的脫脂，燒結(jié)過程與粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)所需要的后處理過程是一致的。

那么按照這個(gè)邏輯去思考，包括Binder Jetting粘結(jié)劑噴射，粉末擠出3D打印等3D打印技術(shù)是否可以替代注塑成型工藝或粉末冶金工藝，成就無需模具，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的硬質(zhì)合金工件呢？本期，3D科學(xué)谷一起通過幾個(gè)典型案例，與谷友一起來洞悉正在上升的硬質(zhì)合金3D打印。

▲ 肯納金屬通過Desktop Metal的粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)制造的硬質(zhì)合金刀具組件

? 肯納金屬

肯納金屬

Kennametal肯納金屬于2021 年 9 月 13 日宣布推出 KAR85-AM-K，這是其用于金屬增材制造的最耐腐蝕的碳化鎢牌號(hào)。它可與 Kennametal 的粘合劑噴射 3D 打印功能結(jié)合使用，以生產(chǎn)完整的耐磨部件。通過 KAR85-AM-K，Kennametal 將 3D 打印的優(yōu)勢(shì)（例如更大的設(shè)計(jì)靈活性和更短的交貨時(shí)間）與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的性能相結(jié)合，為石油和天然氣、發(fā)電等領(lǐng)域的客戶生產(chǎn)高性能零件。使用新等級(jí)制造的組件已經(jīng)在與選定的客戶進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。

? 肯納金屬

肯納金屬將新型 KAR85-AM-K 牌號(hào)的卓越耐磨性和耐腐蝕性與粘合劑噴射 3D 打印方面的深厚專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，提供了兩全其美的優(yōu)勢(shì)——傳統(tǒng)碳化鎢非常理想的材料特性和增材制造帶來的設(shè)計(jì)靈活性——用于在最苛刻的應(yīng)用中走得更遠(yuǎn)的高性能組件。

KAR85-AM-K提供類似于其傳統(tǒng)對(duì)應(yīng)等級(jí) CN13S 的耐腐蝕和耐磨性能。結(jié)合 粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)帶來的增材制造能力，KAR85-AM-K 可生產(chǎn)出完全致密、耐腐蝕的部件，達(dá)到或超過傳統(tǒng)制造的硬質(zhì)合金部件的性能。

? 3D科學(xué)谷白皮書

與標(biāo)準(zhǔn)鈷基鎢牌號(hào)相比，新牌號(hào)成分具有鈷、鎳和鉻的專有混合物，可提高耐腐蝕性。這是肯納金屬公司開發(fā)的第二個(gè)商用硬質(zhì)合金牌號(hào)，用于其粘合劑噴射增材制造工藝，也是該公司針對(duì) 3D 打印優(yōu)化的高性能金屬粉末組合的最新成員。此前，肯納金屬于2021年還推出了符合激光束粉末床熔融（PBF-LB）增材制造標(biāo)準(zhǔn)的硬質(zhì)合金粉Stellite21，Stellite21具有鈷鉻鉬合金基體，該基體包含分散的硬質(zhì)碳化物，這些硬質(zhì)合金可以增強(qiáng)合金并增加硬度，同時(shí)降低材料的延展性。它還具有出色的耐腐蝕性能和抗熱，機(jī)械沖擊性能。

山特維克

山特維克于2022年4月宣布通過引入具有卓越耐磨性能的 3D 打印硬質(zhì)合金繼續(xù)擴(kuò)展其增材制造產(chǎn)品。山特維克開發(fā)了獨(dú)特的粉末和工藝。3D科學(xué)谷了解到山特維克的粉末經(jīng)過優(yōu)化，可打印外觀精美、效果良好的組件，并且適合在實(shí)際應(yīng)用、苛刻環(huán)境和批量生產(chǎn)中使用。值得一提的是，3D 打印硬質(zhì)合金的能力大大加快了產(chǎn)品的開發(fā)與商業(yè)化時(shí)間。原型制作過去需要 6 到 12 個(gè)月，而現(xiàn)在開發(fā)到商業(yè)化的交貨時(shí)間是幾周的問題。

山特維克

許多人一直在與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金制造所帶來的設(shè)計(jì)限制作斗爭——這使得這些部件的全部潛力無法實(shí)現(xiàn)。山特維克通過實(shí)施增材制造，可以高效地生產(chǎn)幾乎任何復(fù)雜幾何形狀的一系列產(chǎn)品，從而在各個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的功能。與增材制造特別相關(guān)的是具有流體通道、端口和類似部件的組件，因?yàn)橥ǖ篮推渌我饪涨缓茈y鉆孔，但3D打印起來沒有問題。

弗勞恩霍夫

在硬質(zhì)合金的3D打印方面，國際上，德國弗勞恩霍夫（Fraunhofer）研究所的研究人員早先就成功地使用粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)生產(chǎn)硬質(zhì)合金刀具。通過3DP打印硬質(zhì)合金粉末，研究所能夠輕松創(chuàng)建復(fù)雜的設(shè)計(jì)。在這個(gè)過程中，陶瓷硬質(zhì)材料的粉末顆粒，包括碳化鎢顆粒通過含鈷、鎳或鐵的粘結(jié)材料層層打印粘結(jié)起來。這種粘合材料不僅是粉末層之間的粘合劑，還使得產(chǎn)品具有良好的機(jī)械性能并能生產(chǎn)完全致密的部件，甚至可以選擇性地調(diào)整彎曲強(qiáng)度、韌性和硬度。后續(xù)的處理包括燒結(jié)處理，得到與傳統(tǒng)加工方式一致的硬質(zhì)合金模具緊實(shí)度。

TECNALIA

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，西班牙TECNALIA 利用其科學(xué)研究知識(shí)幫助公司通過顛覆性粘結(jié)劑噴射技術(shù)取得成功。粘結(jié)劑噴射增材制造克服了需要支撐的增材制造工藝的局限性，可用于加工所需但難以加工的硬質(zhì)金屬和工具鋼，設(shè)計(jì)自由度使提高性能的冷卻通道能夠直接集成到設(shè)計(jì)中。

升華三維

國內(nèi)，升華三維在致力于高溫合金、難熔金屬等特種金屬及特種合金零部件靈活定制設(shè)計(jì)制造的同時(shí)，正升級(jí)為面向鎢部件高密度、大尺寸、規(guī)模化生產(chǎn)的卓越3D打印解決方案提供商。

PEP-粉末擠出3D打印技術(shù)，是基于粉末冶金工藝而形成的新型3D打印技術(shù)。升華三維自主研發(fā)的鎢合金顆粒料UPGM-96WNIFE，與市場上涉及到的鎢合金3D打印粉末所不同的是，它用于粉末擠出這一間接金屬3D打印技術(shù)。正是由于其熱融擠壓系統(tǒng)操作簡單、將打印與脫脂燒結(jié)分開、有效實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的控制與成形等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，為鎢合金應(yīng)用領(lǐng)域帶來了高效以及更優(yōu)性價(jià)比的批量生產(chǎn)解決方案。

▲ 鎢合金屏蔽件(生坯)

? 升華三維

在開發(fā)顆粒材料的同時(shí)，升華三維對(duì)鎢合金屏蔽件的3D打印和脫脂燒結(jié)的工藝控制進(jìn)行研究，以完美掌握影響鎢合金致密化的關(guān)鍵工藝參數(shù)。通過PEP技術(shù)，能夠在無模具的情況下將鎢合金顆粒料成型，然后再結(jié)合傳統(tǒng)的脫脂燒結(jié)等工藝進(jìn)行后處理，獲得最終的密度和強(qiáng)度。

一些有中空或多孔結(jié)構(gòu)和不能直接切割的零部件用傳統(tǒng)方法很難制造出來，升華三維的PEP特色工藝實(shí)現(xiàn)一體化打印制造，縮短了時(shí)間周期，也使得鎢合金屏蔽件得到更多性能的優(yōu)化。

知之既深，行之則遠(yuǎn)?；谌蚍秶鷥?nèi)精湛的制造業(yè)專家智囊網(wǎng)絡(luò)，3D科學(xué)谷為業(yè)界提供全球視角的增材與智能制造深度觀察。有關(guān)增材制造領(lǐng)域的更多分析，請(qǐng)關(guān)注3D科學(xué)谷發(fā)布的白皮書系列。