干貨分享|3D打印鎢及鎢基合金！

鎢及鎢基的概述：

        隨著3D打印的蓬勃發(fā)展，研究人員對(duì)3D打印用材料進(jìn)行深入研究。鎢作為難熔金屬，在3D打印技術(shù)受到限制，且3D打印專用的難熔金屬原材料較少，目前該技術(shù)還處于發(fā)展初期。

鎢作為一種重要的難熔金屬材料，具有高熔點(diǎn)和沸點(diǎn)、高硬度、低膨脹系數(shù)、低蒸氣壓等特點(diǎn)，在航空航天、電子、化工、核工業(yè)及其他極端環(huán)境領(lǐng)域有著重要作用。然而由于鎢有較高的熔點(diǎn)和低溫脆性，使其很難使用通常的鑄造和機(jī)加工法制備。一般大部分采用鎢材料零件用粉末冶金結(jié)合熱加工的方法制備，但常規(guī)燒結(jié)態(tài)鎢產(chǎn)品因存在密度低、強(qiáng)度低、塑料性差和雜質(zhì)行亮難以控制等缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍受到很大的限制，在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)材料零部件的結(jié)構(gòu)往往也比較復(fù)雜，通常有曲面、彎曲管道、孔和槽等特征，傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)。所以，在鎢及鎢基合金的成形中，逐漸開(kāi)始引入3D打印技術(shù)來(lái)克服傳統(tǒng)成形方法的不足。目前3D打印鎢及鎢基合金的研究報(bào)道較少，大多是基于以激光為能量源的3D打印技術(shù)，包括：激光選區(qū)熔化成形技術(shù)、激光立體成形技術(shù)等，研究?jī)?nèi)容主要包括成形致密化過(guò)程、裂紋控制、組織及性能調(diào)控等幾個(gè)方面。由于3D打印過(guò)程中純鎢材料和W-Ni-Fe、W-Ni-Cu、W-Cu等鎢基材料的致密化過(guò)程完全不一樣，純鎢材料的致密化成形主要利用高能束流將鎢完全熔化，而鎢基合金材料的形成主要是利用低熔點(diǎn)熔化形成黏結(jié)相，將鎢顆粒黏結(jié)，致密化過(guò)程類似于傳統(tǒng)粉末冶金過(guò)程中的液相燒結(jié)。

3D打印鎢及鎢基合金的應(yīng)用：

       雖然目前3D打印鎢及鎢基合金在致密度、性能上仍有很大的提升空間，但在一些對(duì)材料性能要求較低的應(yīng)用領(lǐng)域有目前已經(jīng)具備了開(kāi)始使用3D打印純鎢零件的條件。某國(guó)的大學(xué)基于X射線透視設(shè)備用準(zhǔn)直器的多孔結(jié)構(gòu)，開(kāi)展了孔徑約為500μm、具有錐形孔結(jié)構(gòu)的精確成形，孔徑位置的平均偏差可控制在5μm。

       某公司旗下企業(yè)，醫(yī)療成像零部件制造商Smit Rontgen已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了3D打印鎢基材料的商業(yè)化應(yīng)用。利用激光選區(qū)熔化技術(shù)制備了純鎢針孔準(zhǔn)直器及用于X射線透視設(shè)備如CT/PET/SPECT上的高精度鎢零部件，給準(zhǔn)直孔徑角和一些復(fù)雜形狀帶來(lái)極大的制造自由度。如下圖所示。同時(shí)，該公司也開(kāi)始設(shè)計(jì)并生產(chǎn)工業(yè)用的零部件，精確高效地制造出高度復(fù)雜的凹面或支撐部件。

       研究中基本都是利用SLM技術(shù)開(kāi)展的鎢基材料研究。實(shí)際上選區(qū)熔化方法中的另一種重要手段，電子束選區(qū)熔化(SEBM)技術(shù)，使用電子束能量源熔化鎢材料在熔化能量、應(yīng)力控制等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。西北有色金屬研究院開(kāi)展了純鎢材料的成形研究工作，目前成形樣品致密度可達(dá)99%以上。

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隨著研究的發(fā)展，未來(lái)鎢及鎢基合金在3D打印技術(shù)上越來(lái)越廣泛。