SLM和EBM 3D打印金屬鎢的對(duì)比研究

2020年4月，喬納森·賴特（Jonathan Wright）最近向謝菲爾德大學(xué)材料科學(xué)與工程系提交了一篇論文，探討了用稀有金屬鎢進(jìn)行3D打印的問(wèn)題。在“ 通過(guò)選擇性激光熔化和電子束熔化的鎢的增材制造 ”中，賴特詳細(xì)介紹了使用選擇性激光熔化（SLM）和電子束熔化（EBM）的純鎢粉末床增材制造（ALM）的潛力。

SLM和EBM 3D打印金屬鎢的對(duì)比研究論文（超過(guò)200頁(yè)）
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鎢由鎢鐵礦（（Fe，Mn）WO4）和白鎢礦（CaWO4）衍生，不僅具有所有元素中最低的蒸氣壓，而且具有高熔點(diǎn)和“拉成細(xì)絲”的能力。如今，它已用于燈絲和許多其他應(yīng)用中，可用于高溫或需要高密度的場(chǎng)景，例如X射線屏蔽。

賴特還解釋說(shuō)，由于鎢的熱特性，“低的spluttering yield濺射產(chǎn)率和較短的活化衰減時(shí)間”，它也適用于核聚變實(shí)驗(yàn)。

“雖然可以對(duì)鎢進(jìn)行機(jī)械加工（鉆孔，車(chē)削，銑削等），但很困難，需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并且必須嚴(yán)格遵守嚴(yán)格條件，”賴特說(shuō)�！翱梢酝ㄟ^(guò)克服一些困難的放電加工Electrical Discharge Machining（EDM）來(lái)形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)�！�

由于鎢的化學(xué)、物理和機(jī)械組成會(huì)帶來(lái)挑戰(zhàn)和局限性，因此需要考慮合金化。但是，賴特指出，雖然已經(jīng)對(duì)“大量”合金進(jìn)行了試驗(yàn)，但是還有很大空間。迄今為止，鎢-合金被認(rèn)為具有最大的改善延展性的潛力。


△鎢濕法冶金的一般流程圖

在賴特研究的實(shí)驗(yàn)階段，他使用雷尼紹SLM 125來(lái)制造樣品零件，并使用雷尼紹AM 400來(lái)制造其他零件。

△雷尼紹SLM 125金屬3D打印機(jī)

對(duì)于EBM工藝，使用了Arcam S12系統(tǒng)


△ARCAM S12 EBM金屬3D打印機(jī)

賴特發(fā)現(xiàn)很難制造出沒(méi)有缺陷的鎢零件，并且光束功率是產(chǎn)生孔隙的最大原因之一，所有樣品在200W時(shí)表現(xiàn)出高水平，而在400W時(shí)表現(xiàn)出最低水平。

“隨著通過(guò)SLM生產(chǎn)的鎢樣品中孔隙率的降低，發(fā)現(xiàn)裂紋的數(shù)量增加了，因此這也是光束功率的因素，”賴特解釋說(shuō)。

為了生產(chǎn)無(wú)裂紋零件，需要對(duì)鎢的SLM進(jìn)行進(jìn)一步的工作。這可能包括調(diào)查添加外部熱源。加熱的環(huán)境可能會(huì)減少殘余應(yīng)力，并使材料高于DBTT�！�


△通過(guò)SLM制造的鎢Langmuir探針。長(zhǎng)25mm

在嘗試制造EBM樣品時(shí)，賴特能夠?yàn)榈腿毕莸逆u樣品找到合適的參數(shù)。他認(rèn)為速度、電流和艙口間距在孔隙率中起著重要作用。

△通過(guò)EBM制造的鎢單體。外形尺寸20mm x 20mm x 25mm

△通過(guò)EBM制造的鎢晶格結(jié)構(gòu)。外徑：80mm。厚度：20mm

“這是EBM打印鎢的首次報(bào)道。具體而言，EBM能夠生產(chǎn)出低孔隙率，無(wú)裂紋的零件。由于結(jié)合了真空環(huán)境，高構(gòu)建溫度和高光束功率，EBM似乎是首選的制造工藝�！辟囂乜偨Y(jié)道。

“然而，在ALM可以用于制造用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的鎢之前，機(jī)械性能和幾何精度需要進(jìn)一步改善。對(duì)于機(jī)械性能非關(guān)鍵且要求復(fù)雜幾何形狀的應(yīng)用（例如X射線準(zhǔn)直），此處概述的ALM技術(shù)可以提供可行的加工路線�！�

隨著世界各地研究人員不斷完善3D打印和增材制造工藝，人們正在研究鎢的性能和應(yīng)用，從檢驗(yàn)鎢的性能到制造切削工具以及大型非合金零件。

好像文章提取不出來(lái)