根據3D科學谷的市場觀察，德國卡爾斯魯厄理工學院KIT研究人員近日通過電子束熔化打印在高溫下使用的鎢組件獲得了進展。

鎢的熔點是所有金屬元素中最高的，為3,422攝氏度。密度(19.3 g/cm3)很高，鎢的硬度也很高，如碳化鎢的硬度則與金剛石接近。此外，鎢還具有良好的導電性和導熱性，較小的膨脹系數等特性，因而被廣泛應用到合金、電子、化工等領域，其中硬質合金是鎢最大的消費領域。

鎢金屬是典型的難熔金屬，難成形材料，也難以通過金屬3D打印技術進行加工。根據3D科學谷的市場觀察，目前少量企業通過基于粉末床工藝的電子束熔化（EBM）和選區激光熔化（SLM）3D打印技術在探索純鎢以及鎢合金的制造，這兩種技術均為直接金屬3D打印技術。

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小荷才露尖尖角

鎢材料非常適合在高溫下使用，例如太空火箭噴嘴、高溫爐的加熱元件或聚變反應堆。然而，鎢金屬非常脆，因此難以加工。根據3D科學谷的市場觀察，KIT的研究人員開發了一種創新方法來使這種脆性材料變軟。為了加工鎢，他們確定了新的電子束熔化工藝參數。

鎢金屬在室溫下非常脆。由于其特性，鎢很難使用傳統方法進行加工。處理既昂貴又耗時。在亥姆霍茲協會和 EUROfusion、歐洲聚變計劃的研究計劃的支持下，通過電子束熔化（簡稱 EBM）來增材制造鎢組件，KIT 應用材料研究所 - 材料科學與工程 (IAM-WK) 成功地將 EBM 工藝應用于鎢，開發出特定的工藝參數。

/對抗裂紋

根據3D科學谷的市場了解，鎢組件的 3D 打印現在成為可能。鎢金屬可以應用于許多領域，由于其特殊的性能，非常適合能源和光技術、航空航天工業和醫療工程中的高溫應用。在現代高科技工業中不可或缺。

EBM增材制造方法在真空下加速的電子選擇性地熔化金屬粉末，并以這種方式以增材方式生成 3D 組件，即逐層生成。這種方法的一大優勢在于所使用的能源，即電子束。可以在熔化前預熱金屬粉末和承載板，從而減少變形和內應力。可加工常溫下易斷裂、高溫下易變形的材料。

根據3D科學谷的市場研究，一方面通過EBM增材制造鎢合金是一種有效的方法，另一方面LPBF基于粉末床的激光增材制造技術，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的科學家開展了一項表征鎢3D打印微裂紋形成方式和原因的研究，他們將熱機械仿真與在粉末床激光熔化金屬3D打印過程中拍攝的高速視頻相結合，首次能夠實時觀察鎢金屬的韌性到脆性轉變（DBT），觀察到了微裂紋是如何隨著金屬的加熱和冷卻而引發和擴散。研究團隊能夠將微裂紋現象與殘余應力，應變速率和溫度等變量相關聯，并確認是由DBT 引起裂紋。

/商業化進行時

在鎢金屬3D打印的商業化進程方面，根據3D科學谷的市場觀察，世界范圍內鎢粉制造商GTP 正在推進兩種鎢合金粉末的研發，與以往涉及到的鎢合金3D打印粉末所不同的是，這兩種鎢合金材料將用于粘結劑噴射這一間接金屬3D打印技術。

GTP 同時還提供用于EBM 和SLM 金屬3D打印的鎢合金粉末，在開發粉末的同時對于鎢合金材料的3D打印工藝參數進行了研究。GTP曾與合作伙伴進行了一項題為“直接金屬激光燒結/選區激光熔融鎢粉”的研究，目的是確定影響鎢粉致密化的關鍵工藝參數，這對于制造具有良好機械性能的復雜零件至關重要。研究團隊還對低表觀密度或低球形粉末作為選區激光熔融3D打印原材料的可行性進行了研究。

在應用方面，根據3D科學谷的市場觀察，醫學影像巨頭GE 也通過金屬3D打印技術開發了鎢金屬準直器，此外GE 增材制造部門提供可制造鎳基高溫合金、鎢等高溫材料的EBM 3D打印技術。在純鎢或鎢合金的3D打印商業化應用方面，根據3D科學谷的市場研究，飛利浦旗下的醫療成像元件制造商Smit R?ntgen 已通過金屬3D打印設備制造了一系列純鎢零件，例如通過SLM 3D打印制造X射線設備中的針孔準直器零件。3D打印對于生成薄壁零件十分有效，這給準直孔徑角和形狀帶來極大地制造自由度。

國內企業中，西安鉑力特、湖南伊澍智能制造等少數企業也在開發鎢金屬材料的增材制造應用。鉑力特已利用SLM 3D打印設備開發出了鎢合金3D打印零件，零件整體采用薄壁結構，最小壁厚僅0.1mm。湖南伊澍智能制造基于EBM 3D打印技術開展了對WC-Co硬質合金層-金剛石復合材料組分以及材料增材制造工藝參數的研究，該技術旨在解決硬質合金刀具涂層剝落的問題，利用增材制造工藝與材料，實現金剛石涂層材料與WC-Co硬質合金層以化學鍵方式的結合。

l來源：3D科學谷內容團隊

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