寧夏東方智造實(shí)現(xiàn)鈮鎢等難熔金屬大尺寸增材制造產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

導(dǎo)讀：難熔金屬材料具有良好的高溫力學(xué)性能和高溫穩(wěn)定性，主要包括鎢(W)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、錸(Re)等元素。常用于制備耐熱部件，被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域。然而，難熔金屬具有高熔點(diǎn)高硬度的特點(diǎn)，使用傳統(tǒng)的加工方式制備大尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件時(shí)存在加工困難或無法加工等問題。

金屬3D打印技術(shù)作為一種先進(jìn)的綠色智能制造技術(shù)，其材料利用率高，無需模具即可成形復(fù)雜構(gòu)件，這為難熔金屬加工制造提供了新方法。

2024年11月11日，南極熊獲悉，寧夏東方智造與華曙高科攜手，基于華曙高科設(shè)備開源優(yōu)勢，聯(lián)合進(jìn)行了新材料和針對(duì)性工藝的開發(fā)，解決了難熔金屬的激光精密成形難題，產(chǎn)品打印性能穩(wěn)定，持續(xù)為航空航天、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域提供難熔金屬大尺寸、產(chǎn)業(yè)化3D打印解決方案及打印服務(wù)。

據(jù)悉，成立于2021年的寧夏東方智造科技有限公司，由寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司和內(nèi)部核心項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)人員共同出資成立，以難熔金屬、難熔金屬基合金、難熔高熵合金冶煉加工、球形鉭粉、鉭鎢合金粉、鈮粉、鈮鎢合金粉加工與銷售3D打印產(chǎn)品設(shè)計(jì)、3D打印服務(wù)、3D打印產(chǎn)品銷售為主營業(yè)務(wù)。   

2021年，東方智造引入華曙高科金屬3D打印設(shè)備FS271M，用于鉭鈮及其合金3D打印生產(chǎn)；2023-2024年，再次引入華曙高科面向生產(chǎn)型用戶的高效成熟金屬3D打印設(shè)備FS273M、大尺寸高效率批產(chǎn)金屬3D打印設(shè)備FS511M。

基于華曙高科開源、創(chuàng)新的金屬增材制造解決方案，東方智造在鉭鈮金屬及其合金的開發(fā)與應(yīng)用方面，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備，目前已成為國內(nèi)唯一難熔金屬3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)生產(chǎn)基地，也是國內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn)難熔金屬大尺寸3D打印（530mm×530mm）企業(yè)，其產(chǎn)品市場占有率達(dá)100%。

成功突破難熔金屬大尺寸打印

在高端材料領(lǐng)域，鉭鈮及其合金球形粉末的制備及3D打印技術(shù)長期被國際巨頭如美國Zimmer公司所壟斷。這一現(xiàn)狀不僅導(dǎo)致我國在該領(lǐng)域的關(guān)鍵原材料供應(yīng)存在顯著依賴，更制約了國內(nèi)航空航天、生物醫(yī)療等高端產(chǎn)業(yè)的自主發(fā)展。

面對(duì)重重挑戰(zhàn)，東方智造組建了一支由跨學(xué)科技術(shù)工程師組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，通過深入分析了國內(nèi)外市場需求，對(duì)行業(yè)發(fā)展趨勢進(jìn)行了細(xì)致的研判。團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，要想在鉭鈮難熔金屬球形粉末制備和3D打印技術(shù)領(lǐng)域取得突破，必須摒棄傳統(tǒng)思維，采用創(chuàng)新的技術(shù)路線。經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和方案比選，東方智造最終確定了以射頻等離子球化制粉技術(shù)（PS）與選區(qū)激光熔覆技術(shù)（SLM）為核心的技術(shù)路線。

2021年開始，東方智造與華曙高科攜手合作，引入華曙高科金屬3D打印設(shè)備FS271M。但是，受鉭鈮等材料的成本制約，國內(nèi)多激光鉭鎢合金增材制造仍處于小尺寸生產(chǎn)場景，2023年，在華曙高科大幅面金屬3D打印設(shè)備FS511M助力下，東方智造成為國內(nèi)難熔金屬大尺寸增材制造企業(yè)。

FS511M是華曙高科于2023年發(fā)布，針對(duì)批量化增材制造推出的四激光雙向鋪粉金屬增材制造設(shè)備。FS511M配備自研全套操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線布局，其成形缸尺寸為540mm×540mm×670mm（含成形基板厚度），標(biāo)配4×500W激光，最大體積成形效率可達(dá)100cm3/h。

在大尺寸難熔金屬的打印過程中，激光燒結(jié)會(huì)產(chǎn)生煙塵，下風(fēng)向激光穿過煙塵時(shí)易造成散射，能量耗散，從而導(dǎo)致球化、未熔合等冶金缺陷。在多激光掃描系統(tǒng)中必須充分考慮上風(fēng)向煙塵的影響。華曙高科通過優(yōu)化FS511M設(shè)備大幅面風(fēng)場設(shè)計(jì)，既可實(shí)現(xiàn)同時(shí)出光避煙打印，又減少了各激光等待時(shí)間，在保證打印質(zhì)量的前提下，有效提高打印效率。

3D打印難熔金屬應(yīng)用廣泛

在航空航天領(lǐng)域，以鉭鎢、鈮鎢為代表的難熔金屬是制造高溫部件的理想材料；消費(fèi)電子領(lǐng)域中，鉭鎢、鈮鎢等難熔金屬具有高電容密度、穩(wěn)定性好、漏電流小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中；在化工領(lǐng)域里，鈮鎢等難熔金屬的耐腐蝕性使其成為制造化學(xué)反應(yīng)容器和管道的不二之選，保障生產(chǎn)的安全和高效；高端醫(yī)療器械產(chǎn)品中，可用于植入物，制作的射線屏蔽防護(hù)部件可保護(hù)患者和醫(yī)護(hù)人員免受輻射傷害。

以鈮合金（Nb）為例，屬VB族難熔金屬，熔點(diǎn)2468℃，為bcc結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度能保持到1649.90℃，并能承受一定的機(jī)械變形。由東方智造自主研發(fā)的3D打印鈮鎢合金Nb521，性能有顯著提升，主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，包括燃燒室、發(fā)動(dòng)機(jī)鼻椎、排氣管、噴油嘴及其重要高溫部件。

截至目前，東方智造科研團(tuán)隊(duì)已完成5種增材制造用球形粉工藝、3種難熔金屬的3D打印工藝研發(fā)；完成某醫(yī)療器械公司多例人體骨置換多孔鉭結(jié)構(gòu)件打印并應(yīng)用于生物學(xué)驗(yàn)證；簡化設(shè)計(jì)了火法分廠電子束爐反應(yīng)電極，經(jīng)過驗(yàn)證后實(shí)現(xiàn)3D打印批產(chǎn)；完成數(shù)十件鉭鎢合金表殼及多件鉭和鉭鎢首飾、制品3D打印，成功實(shí)現(xiàn)難熔合金個(gè)性化訂制。