硬質合金，由細顆粒的硬質合金由粘結金屬硬質合金制成的復合材料，是一種非常硬的材料，經常使用在機械和汽車工程和建材行業。硬質合金模具是鋼模的的壽命十幾倍乃至幾十倍，硬質合金模具高硬度、高強度、耐腐蝕、耐高溫并且膨脹系數小，一般都是采用鎢鈷的硬質合金。

硬質合金硬度過高，常規的加工就是研磨加工，用的是金剛石砂輪，拋光用細點的砂輪。其內孔一般只能采用電蝕加工，比如電火花加工，或線切割，甚至使用電解磨削技術。

令人驚喜的是，3D打印為硬質合金的加工開辟了一種新的途徑。

粉末冶金專業知識與3D打印技術結合

此前，根據3D科學谷的報道，德國弗朗霍夫（Fraunhofer）的研究人員在2016年已經成功地使用3DP粘合劑噴射三維打印技術生產硬質合金模具。3D科學谷了解到這些3D打印的硬質合金模具比傳統方法生產的模具具有更大的幾何槽形自由度，可以制成更復雜的幾何形狀。

如今，德國弗朗霍夫（Fraunhofer）IKTS 研究所的研究人員又找到了一種新的方法，可以使用熔融長絲制造技術來3D打印更硬的合金。

熔融長絲制造技術是塑料3D打印領域常用的技術，用來制造金屬，而且是極硬硬質合金，這聽起來有些不可思議。

3D打印增材制造技術能夠實現復雜的幾何形狀，但到目前為止在硬度和部件尺寸方面受到限制。根據3D科學谷的市場觀察，此前IKTS開發的使用3DP粘合劑噴射三維打印技術生產硬質合金的方法，其金屬粘合劑含量對硬質合金制作的硬度帶來了一定的限制。

而發現通過FFF技術來制造硬質合金的方法對于IKTS 研究所來說可以說是水到渠成。最初，IKTS采用FFF工藝生產陶瓷和復合材料。而他們通過新的實驗發現，通過在復合長絲中使用更小的金屬顆粒，可以實現更硬的打印結果。而幾十年來，Fraunhofer IKTS已經獲得了成熟的粉末冶金專業知識。因此，研究人員就嘗試了將有機粘合劑與硬質合金粉末混合起來，制作成FFF工藝所需的長絲。根據材料結構的不同，可以使用減小的晶粒尺寸和粘合劑含量來特別提高硬質合金的硬度，壓縮強度和彎曲強度。

當然，這種工藝制造出來的產品還需要進行燒結以去除粘合劑這些化學成分，IKTS 研究所通過反復的研究，首次可以制造出具有極低金屬粘合劑含量（只有8％的粘合劑含量）的硬質合金，細晶粒尺寸低于0.8微米，獲得高達1700 HV10的極硬硬質合金。

3D科學谷Review

IKTS 研究所制造的硬質合金并非是直接制造出來，而是一種間接金屬3D打印技術。間接金屬3D打印技術，故名思意是指通過金屬3D打印過程所獲得的金屬零件并不是最終的零件，而是需要通過高溫爐的熱處理過程將金屬零件中的化學物質去除，從而獲得致密的金屬零件。惠普新公布的金屬噴射3D打印技術也屬于間接金屬3D打印技術。

當前間接金屬3D打印技術包括多種不同的技術，根據3D科學谷的市場研究一大類是以惠普，Exone,Desktop Metal, 3DEO, Markforged所代表的binder jetting（粘結劑噴射）技術，另一類是以Xjet為代表的NanoParticle Jetting技術，第三類是Prodways與CEA Tech LITEN 開發的以樹脂為間接體的金屬3D打印技術，第四類是熔融長絲制造技術。

而IKTS 研究所則是采用了第四類間接金屬3D打印技術：FFF熔融長絲制造技術。

當然FFF熔融長絲制造技術并不新奇，典型代表性企業Desktop Metal和Markforged公司已經推出基于FFF熔融長絲制造技術的商業化3D打印設備，其中Desktop Metal的Studio系統正是屬于此類技術。

來源：3D科學谷