3D打印技术保持脆性钨无裂纹

 

采用电子束熔融技术3D打印钨丝元件。图片:Markus Breig, KIT

钨具有许多优良的性能。它耐腐蚀，其熔点为3422°C，是所有金属中最高的，因此使其成为在极端温度下工作的组件的理想材料。但是，存在一个问题：它在室温下非常脆，这意味着很难使用常规技术进行处理。

德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员通过采用一种名为电子束熔融技术(EBM)的增材制造技术来解决钨加工中的问题，从而解决了这一问题。由此产生的无裂纹金属可用于高温部件，如火箭喷嘴、熔炉加热元件或聚变反应堆和医学成像系统的部件。

增材制造

由应用材料科学与工程研究所(IAM-WK)的Steffen Antusch领导的KIT研究人员已经研究了几种使用增材制造(也被称为3D打印)来制造钨组件的方法，这些方法几乎不需要后期加工。在他们最新的工作中，他们使用EBM来减少加工过程中钨的应变，从而生产出无裂纹且易于处理的柔软材料。

EBM技术使用在真空中加速的电子来熔化金属粉末。通过移动电子束，可以以叠加方式(即逐层)从金属中产生3D分量。该技术最初是为需要高加工温度的钛合金和材料开发的。

预热可以减少变形和固有应力

为了用钨制造出3D打印的零件，安图施和他的同事们使用EBM机器中的电子束在熔化钨金属粉末之前对其进行预热。研究人员解释说，这种预热过程减少了金属的变形和固有应力，从而实现了对在室温下容易破裂但在高温下会变形的材料的加工。

Antusch告诉《物理世界》，与激光打印等其他技术相比，这种新方法在生产无裂纹钨方面要好得多。与粉末注射成型(另一种广泛应用的用于制造复杂、大批量净形部件的先进制造技术)不同，Antusch指出，这种新方法“不需要昂贵的工具，可以自由设计印刷部件”。

IAM-WK研究人员参与了Helmholtz协会和欧洲聚变方案(EUROfusion)的工作，其长期目标是开发用于聚变能源和医疗工程中的高温应用的材料和工艺(例如为CT扫描仪制造部件)。他们现在计划表征并测试用于此类应用的印刷钨材料的机械性能。