瑞典跨國(guó)工程公司山特維克宣布開發(fā)一種新型可 3D 打印硬質(zhì)合金。該材料以前僅用于通過其他技術(shù)進(jìn)行制造，具有獨(dú)特堅(jiān)韌的鈷和碳化鎢基體結(jié)構(gòu)，使其具有生產(chǎn)具有適合苛刻應(yīng)用的特性的零件所需的耐用性。山特維克說，使用內(nèi)部開發(fā)的工藝，它現(xiàn)在已經(jīng)提出了一種新的硬質(zhì)合金粉末，它可以更快地被 3D 打印成比其他鋼或合金生產(chǎn)的物體壽命“長(zhǎng)達(dá) 20 倍”的物體。

“我們的粉末經(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，”山特維克增材制造首席產(chǎn)品經(jīng)理 Anders Ohlsson 解釋道。 “同樣值得一提的是，3D 打印硬質(zhì)合金的能力大大加快了我們的上市時(shí)間。原型制作過去需要 6 到 12 個(gè)月，而現(xiàn)在我們的交貨時(shí)間是幾周的問題。山特維克開發(fā)了獨(dú)一無二的粉末和工藝?！?/span>

山特維克的 3D 打印產(chǎn)品組合

山特維克的業(yè)務(wù)涵蓋金屬切削、數(shù)字制造、采礦和建筑行業(yè)，但其 3D 打印業(yè)務(wù)通常專注于粉末開發(fā)以及咨詢和制造服務(wù)。在材料方面，該公司花費(fèi)了超過 15 年的時(shí)間建立了廣泛的 Osprey 3D 打印合金產(chǎn)品組合。這些粉末在山特維克的一個(gè)氣體霧化塔內(nèi)部生產(chǎn)，可以定制以適應(yīng)任何印刷技術(shù)，顆粒大小從 5 到 500 微米不等。該公司的 Osprey 金屬產(chǎn)品范圍從 1 公斤到 6,000 公斤不等，現(xiàn)在可以從鋼材擴(kuò)展到鎳基高溫合金，使其能夠滿足各種應(yīng)用需求。

最近應(yīng)用這些材料的一種方式是作為 GE Additive 的 Binder Jet Beta 合作伙伴計(jì)劃的一部分。繼 2020 年底達(dá)成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系后，山特維克已使用其 Osprey 粉末來提供 GE Additive 的 H2 Binder Jet 3D 打印機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，以換取能夠?qū)C(jī)器本身用于生產(chǎn)目的。自一年前收購(gòu) BEAMIT 的股份以來，該公司還試圖擴(kuò)大其增材制造能力的極限。例如，山特維克與其部分子公司合作，現(xiàn)已開發(fā)出 3D 打印超級(jí)雙相不銹鋼零件的能力，最近，它已開始在 Boliden 的礦山中試用 3D 打印，以提高鉆機(jī)的性能部分。

一種新的硬質(zhì)合金

由于其獨(dú)特的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中耐磨相通過延展性金屬粘合劑粘合在一起，硬質(zhì)合金具有生產(chǎn)金屬切割、農(nóng)業(yè)、食品和石油和天然氣應(yīng)用零件所需的強(qiáng)度。話雖如此，由于其固有的硬度，硬質(zhì)合金可能難以加工，尤其是加工成具有復(fù)雜幾何形狀的部件。自 1932 年以來，山特維克一直在使用此類材料，因此利用其專業(yè)知識(shí)開發(fā)了一種克服這一問題的方法，即采用具有“卓越耐磨性能”的新型粉末形狀。

這種粉末是通過一種未公開的“專利工藝”開發(fā)的，據(jù)說可以生產(chǎn)與以前相同的超堅(jiān)固部件，同時(shí)還可以利用 3D 打印帶來的減少浪費(fèi)和增加設(shè)計(jì)自由度?！霸谀臉I(yè)務(wù)中實(shí)施增材制造時(shí)，您基本上消除了所有以前的設(shè)計(jì)限制——使您能夠?qū)Ｗ⒂诟鶕?jù)運(yùn)營(yíng)需求和要求設(shè)計(jì)組件，而無需適應(yīng)特定的形狀或形式，”Ohlsson 補(bǔ)充道。 “到目前為止，硬質(zhì)合金是 3D 打印形狀中最堅(jiān)硬的材料之一，即使不是最堅(jiān)硬的材料?！?/span>

使用山特維克的硬質(zhì)合金 3D 打印的少數(shù)零件。圖片來自山特維克。

為了展示其新粉末的潛在應(yīng)用，山特維克 3D 將其打印到拉絲筆尖中，作為最近研發(fā)項(xiàng)目的一部分。據(jù)該公司稱，該部件具有閉環(huán)螺旋冷卻通道，使其能夠在保持線材干燥的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效冷卻，這是“如果沒有增材制造就不可能實(shí)現(xiàn)的”。

點(diǎn)評(píng)：展望未來，山特維克認(rèn)為，這種材料的“極端耐用性”現(xiàn)在將使其非常適合“希望優(yōu)化生產(chǎn)效率的行業(yè)”的需求，尤其是那些“在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中運(yùn)行”的行業(yè)。山特維克增材制造業(yè)務(wù)部經(jīng)理 Mikael Schuisky 博士總結(jié)道：“憑借我們?cè)诓牧霞夹g(shù)方面的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)以及我們?cè)谠霾膬r(jià)值鏈方面的專業(yè)知識(shí)，我們能夠以其他人無法企及的速度進(jìn)行創(chuàng)新。這使我們?cè)谕苿?dòng) 3D 打印工業(yè)化轉(zhuǎn)變方面處于獨(dú)特的地位，并證明可持續(xù)制造不僅是可能的——它已經(jīng)在發(fā)生?！?/span>

山特維克的 3D 打印硬質(zhì)合金拉絲筆尖。圖片來自山特維克。

高強(qiáng)度材料的進(jìn)展

盡管山特維克的硬質(zhì)合金突破無疑令人印象深刻，但它遠(yuǎn)不是第一個(gè)開始研究這種材料的 3D 打印潛力的公司。事實(shí)上，早在 2019 年，VBN Components 的硬質(zhì)合金 Vibenite 480 材料就獲得了 MM Maschinenmarkt 的增材制造創(chuàng)新獎(jiǎng)。

在其他地方，還開發(fā)了許多其他“超級(jí)合金”，特別是考慮到高強(qiáng)度部件的增材制造。去年年初，加州大學(xué)圣巴巴拉分校和橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員透露，他們已經(jīng)提出了一種新的抗缺陷 3D 打印高溫合金，能夠克服高溫 PBF 生產(chǎn)部件中經(jīng)常出現(xiàn)的開裂問題。

同樣，Rosswag Engineering 不久前對(duì)其鎳基 Waspaloy 進(jìn)行了鑒定，據(jù)說這種材料具有出色的耐腐蝕性和抗氧化性。在公司的初始測(cè)試中，Waspaloy 的拉伸強(qiáng)度為 1403 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為 21%，使其具有優(yōu)于 Inconel 718 等金屬的優(yōu)越性能，這些金屬通常用于滿足要求苛刻的航空航天應(yīng)用。

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