傳統制備難熔金屬工藝及發展現狀
難熔金屬材料具有良好的高溫力學性能和高溫穩定性，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，被廣泛應用于航空航天、國防等領域。傳統工藝主要有鑄造、鍛造、粉末冶金、等離子燒結等，作為成熟的成型工藝在制造難熔金屬產品中發揮著重要作用。然而，難熔金屬具有高熔點高硬度的特點，使用傳統的加工方式制備大尺寸、復雜結構件時存在加工困難或無法加工等問題。
▲高純難熔金屬材料示意圖 @網絡
目前、難熔金屬材料正向著更高純度的方向發展，以滿足電子、航空、航天等領域對高純材料的需求。而在成型方面，近凈成型技術是近幾年重點發展方向，以減少后續加工步驟，提高材料利用率和生產效率。如金屬注射成形、高能噴涂成形、3D打印等，這些技術有助于制造形狀復雜的高性能部件。
難熔金屬3D打印技術及存在問題
3D打印技術作為一種先進的綠色智能數字制造技術，其材料利用率高，無需模具即可成型復雜構件，在航空航天、汽車模具、核電等領域得到了廣泛的應用，這為難熔金屬加工制造提供了新方法。相較于傳統工藝制備難熔金屬，3D打印能夠經濟且高效地成形復雜形狀的高精密部件。現階段用于制備難熔金屬的3D打印工藝主要有基于粉末床熔融（PBF）和定向能量沉積（DED）的直接3D打印，以及采用間接金屬3D打印的粉末擠出打印技術（PEP），這些技術都可以快速實現難熔金屬材料的復雜結構、一體化快速成型制造。
▲粉末床熔融3D打印 @網絡
PBF和DED這類直接3D打印技術，在加工難熔金屬時仍存在一定問題：
高熔點材料需要更高功率的激光器，投入成本相對更高；
而如鎢合金的鎢和粘結相鎳、鐵、銅等金屬元素的熔點相差較大，當激光達到的溫度足以熔化金屬鎢時，粘結相如Ni、Fe元素會蒸發，從而導致Ni和Fe成分變化，合金成分不可控；
另外激光瞬時高溫，會導致晶粒異常長大，影響合金性能；
同時高溫溫場的不穩定性產生的濺灑現象，也會形成結構上的孔洞、裂紋等缺陷，不適合高性能難熔金屬結構件的制造。
▲激光打印飛濺形象 @3D打印技術參考
PEP工藝制備難熔金屬的特點
PEP技術是由升華三維提出的“3D打印+粉末冶金”相結合的間接3D打印技術。采用了成型與燒結分開處理的工藝，通過3D打印機制備結構形狀，再通過粉末冶金的脫脂燒結工藝進行后處理，從而獲得最終致密和性能優異的結構件。為制備高性能難熔金屬產品提供了一種更經濟的增材制造方法。
▲PEP工藝制備的難熔金屬復雜填充結構 @升華三維
PEP的技術特點主要體現在：
性能一致性好：PEP技術具有低溫成型、高溫成性的特性，能有效解決難熔金屬3D打印過程中出現的變形、裂紋、孔洞等問題，確保產品性能一致性。
成本效益高：打印設備采用顆粒熔融擠出方式，不需要昂貴的高能量激光器件，同時可結合傳統工藝的脫脂燒結設備，能極大地減少投入成本。
材料適應性強：PEP可采用0.2-100μm的難熔金屬及其合金粉末材料配置3D打印喂料；
▲PEP可打印的難熔金屬及其合金材料 @升華三維
快速開發與商業化：相比傳統粉末冶金工藝，PEP技術充分發揮了3D打印的優勢，實現難熔金屬復雜結構的快速制備，加快產品開發與商業化時間。
3D打印制備難熔金屬的應用前景展望
利用3D打印技術來制備自由幾何結構設計的難熔金屬具有獨特優勢。3D打印的難熔金屬結構件具有更加細小的微觀組織，其力學性能能優于傳統加工方式制備的同種材料制品。難熔金屬有著廣泛的應用前景，如鎢合金、多孔鉭等難熔金屬材料已經應用于航空航天、醫療行業等領域。
但如何防止3D打印難熔金屬結構件中出現裂紋、孔洞等缺陷是其面臨的主要技術難題，這將是未來研究的重點方向。
另外目前3D打印難熔金屬的工藝仍不夠成熟，制造流程、評價體系沒有形成行業標準，所以形成相關工藝標準，是促進3D打印難熔金屬從實驗室走向應用的關鍵。
加強傳統產業對3D打印制備難熔金屬能力的認知，將為難熔金屬在應用場景上帶來新的視角，對拓寬其應用領域有著重要的意義。
▲PEP工藝制備的難熔金屬應用樣品 @升華三維
而PEP技術在制造高性能的難熔金屬部件方面展現出顯著的優勢和潛力。隨著技術的不斷發展和優化，預計這項技術將在難熔金屬的應用領域中發揮更大的作用。升華三維現已攻克難熔金屬產品的快速開發及復雜結構制造等難題，具備了喂料開發、成型裝備、脫脂、燒結等完整3D打印工藝。目前已為航空航天、國防、核工業、醫療等領域提供難熔金屬3D打印解決方案及打印服務。
