使用壽命提升20倍，山特維克推出3D 打印超耐用新型硬質(zhì)合金

2022年4月14日，南極熊獲悉，瑞典跨國工程公司山特維克宣布開發(fā)了一種新型的可3D打印硬質(zhì)合金。這種材料以前只通過其他技術(shù)用于制造，它具有獨(dú)特的鈷和碳化鎢基體堅(jiān)韌結(jié)構(gòu)，使其具有所需的耐用性，可以生產(chǎn)高要求、高性能部件。

山特維克說，他們通過內(nèi)部開發(fā)的工藝制備出這種新型硬質(zhì)合金粉末，可以更迅速地將其3D打印成物體，與其他鋼或合金生產(chǎn)的物體相比，其使用壽命 "可延長20倍"。

山特維克增材制造部首席產(chǎn)品經(jīng)理Anders Ohlsson解釋說："我們的粉末經(jīng)過優(yōu)化，可以打印出外觀漂亮、工作良好的部件，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)合金的能力也極大地加快了我們的上市時(shí)間。原型制作過去需要6-12個(gè)月，而現(xiàn)在我們的交貨時(shí)間只需幾周，這得益于山特維克的獨(dú)一無二的粉末和工藝�！�

山特維克的3D打印產(chǎn)品組合

雖然山特維克的業(yè)務(wù)涵蓋了金屬切割、數(shù)字制造、采礦和建筑行業(yè)，但其3D打印業(yè)務(wù)一般集中在粉末的開發(fā)，以及咨詢和制造服務(wù)。

在材料方面，山特維克公司花了15年多時(shí)間建立了廣泛的Osprey 3D打印合金組合。這些粉末在通過氣體霧化塔進(jìn)行生產(chǎn)，可根據(jù)任何打印技術(shù)進(jìn)行定制，其顆粒大小從5微米到500微米不等。該公司的Osprey金屬系列的批量從1到6,000公斤不等，現(xiàn)在從鋼到鎳基超合金都有，使其能夠滿足各種應(yīng)用。

最近，這些材料在GE增材公司Binder Jet Beta合作伙伴計(jì)劃中被應(yīng)用到。根據(jù)2020年底達(dá)成的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，山特維克利用其Osprey粉末為GE Additive的H2 Binder Jet 3D打印機(jī)提供測試機(jī)制，以換取對這款機(jī)器的生產(chǎn)使用權(quán)。

自從一年前收購了BEAMIT的股份后，山特維克還試圖擴(kuò)大其增材制造能力的極限。例如，山特維克與其零件子公司合作，現(xiàn)已開發(fā)出3D打印超級雙相不銹鋼零件的能力，最近，它開始在Boliden的礦場試用3D打印，作為提高鉆機(jī)零件性能的一種手段。

△山特維克利用其先前開發(fā)的超級雙相鋼，3D打印出一個(gè)優(yōu)化后的海上葉輪（如圖）。圖片來自山特維克。

一種新的硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金由于其獨(dú)特的復(fù)合結(jié)構(gòu)，即耐磨相被韌性金屬粘結(jié)劑粘結(jié)在一起，使其具有產(chǎn)生金屬切割、農(nóng)業(yè)、食品和石油及天然氣應(yīng)用部件所需的強(qiáng)度。

盡管如此，由于其固有的硬度，硬質(zhì)合金在加工時(shí)可能具有挑戰(zhàn)性，特別是加工成具有復(fù)雜幾何形狀的部件。自1932年以來，山特維克一直在處理這類材料，嘗試用其專業(yè)知識，開發(fā)出一種具有 "卓越耐磨特性 "的新粉末，以克服這一問題。

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)出與以前一樣的超硬部件，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。

Ohlsson補(bǔ)充說："當(dāng)在你的業(yè)務(wù)中實(shí)施增材制造時(shí)，你基本上消除了以前所有的設(shè)計(jì)限制，使你能夠?qū)Ｗ⒂诟鶕?jù)操作需要和要求來設(shè)計(jì)部件，而不必適應(yīng)特定的形狀或形式。硬質(zhì)合金是非常堅(jiān)硬的材料之一，我們的工作在3D打印堅(jiān)硬材料領(lǐng)域具有非凡的意義。

△用硬質(zhì)合金3D打印的零件。圖片來自山特維克。

為了展示這款新粉末的潛在應(yīng)用，山特維克將其3D打印成拉絲筆尖，作為最近一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目的一部分。據(jù)該公司稱，這一部件具有閉環(huán)螺旋式冷卻劑通道，使其能夠?qū)崿F(xiàn)高效冷卻，同時(shí)保持線材干燥，這是那些傳統(tǒng)制造方法實(shí)現(xiàn)不了的。

展望未來，山特維克認(rèn)為，這種材料的極端耐用性將使其非常適合那些有著生產(chǎn)效率優(yōu)化需求的行業(yè)，特別是那些在挑戰(zhàn)性環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)的行業(yè)。

山特維克增材制造事業(yè)部經(jīng)理Mikael Schuisky博士總結(jié)說："由于我們在材料技術(shù)方面的長期經(jīng)驗(yàn)，加上我們在增材價(jià)值鏈上的專業(yè)知識，我們可以以很短的速度進(jìn)行創(chuàng)新。這使我們在推動(dòng)3D打印工業(yè)化的轉(zhuǎn)變方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，并證明可持續(xù)制造不僅是可能的，而且已經(jīng)在發(fā)生。對我們來說，硬質(zhì)合金的3D打印是自然的下一步，比較我們已經(jīng)完善了這些材料幾十年了。"

△山特維克的3D打印碳化鎢拉絲筆尖。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)開始研究該材料3D打印潛力的人。事實(shí)上，早在2019年，VBN Components的硬質(zhì)合金Vibenite 480材料就贏得了MM Maschinenmarkt的增材制造創(chuàng)新獎(jiǎng)。

在其他地方，一些其他的 "超級合金 "也被不斷開發(fā)出來，特別是高強(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家實(shí)驗(yàn)室的研究人員透露，他們已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一種新的抗缺陷3D打印超級合金，能夠克服高溫PBF生產(chǎn)的部件中經(jīng)常出現(xiàn)的裂紋問題。

同樣，Rosswag工程公司在前段時(shí)間對其鎳基Waspaloy合金進(jìn)行了鑒定，據(jù)說這種材料具有良好的耐腐蝕性和抗氧化性。在該公司的初步測試中，Waspaloy顯示出1403MPa的抗拉強(qiáng)度和21%的斷裂伸長率，使其具有比Inconel 718等金屬更優(yōu)越的性能，這些金屬通常應(yīng)用于航空航天等有著苛刻要求的領(lǐng)域。