正在上升的硬质合金3D打印-材料与增材制造工艺

| 3DScienceValley · 2022/09/16

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。