HAMR和Freemelt在MILAM2025期間展示鎢合金3D打印穿甲彈

2025年3月25日，南極熊獲悉，在上個月的MILAM2025論壇期間，美國材料和制造技術開發(fā)商HAMR Industrie和Freemelt聯(lián)手展示了它們在鎢增材制造領域取得的最新進展，亮點之一是幾枚打印好的鎢合金穿甲彈。這些高精度彈藥部件都是通過Neighborhood 91園區(qū)的 Freemelt One EB-PBF系統(tǒng)直接制造出來的。

△鎢合金3D打印穿甲彈

鎢，以高達3422°C的熔點而聞名（所有金屬中最高），這使它成為高溫應用的理想材料。除了出色的熔點，鎢在高溫下的剛度和強度同樣令人矚目，這使得它在航空航天、軍事和核能等高要求領域中備受青睞。然而，鎢的高熔點和加工難度一直限制了傳統(tǒng)制造方法的應用。

電子束粉末床熔合（EB-PBF）技術的出現(xiàn)為這些挑戰(zhàn)提供了解決方案。EB-PBF技術能夠在高溫下精確控制材料的熔化過程，并維持一個受控的熱環(huán)境，這對于生產易裂材料的復雜組件至關重要。通過EB-PBF技術，鎢以及合金的制造過程得到了優(yōu)化，提高了部件的性能和可靠性。

△Freemelt One EB-PBF增材制造系統(tǒng)

3D打印鎢基材的難題

鎢具有許多寶貴的特性：低熱膨脹系數(shù)、高熱導率、低蒸汽壓以及出色的抗輻射性。這些特性使鎢成為制造白熾燈燈絲、電子發(fā)射器、X射線發(fā)生器靶材以及輻射屏蔽材料的理想選擇之一。此外，鎢在極端條件下的彈性可用于在核聚變反應堆中，特別是在面向等離子體的部件中，成為不可或缺的材料。

鎢材料在傳統(tǒng)制造過程中遇到的困難（比如易碎性、加工難度等）以及增材制造技術能夠提供的高度設計靈活性和復雜結構制造能力，共同推動了對使用增材制造技術來加工鎢材料的研究和探索。盡管如此，激光束粉末床熔合（LB-PBF）技術在處理鎢材料時的成功率有限，主要是因為該工藝通常在約200°C的溫度下運行。到目前為止，使用LB-PBF生產完全致密且無裂紋的鎢部件仍然是一個難以實現(xiàn)的目標。

電子束粉末床熔合技術在真空環(huán)境中運行，并將工藝溫度維持在1000°C以上。得益于電子束的無慣性偏轉技術，可以實現(xiàn)每秒幾公里的高速掃描，這使得即便是在保持材料化學純度的同時，也能有效地熔化那些容易開裂的材料。最近的研究表明，通過在足夠高的溫度下使用EB-PBF技術，以保持材料的延展性，可以成功打印出全密度且無裂紋的鎢部件。

△ORNL研究人員利用基于電子束的粉末床熔合 (EB-PBF) 技術3D打印出首批具有復雜幾何形狀的無缺陷鎢部件

Freemelt的EB-PBF創(chuàng)新與鎢增材制造優(yōu)化

Freemelt通過調整和優(yōu)化它的工業(yè)級eMelt系統(tǒng)，促進了高質量鎢部件的增材制造。鎢材料在公司的材料產品線中占據(jù)核心地位，與鈦和銅一樣，是公司基礎材料組合中的關鍵元素。采用EB-PBF技術加工純鎢，該公司能夠形成高密度、無裂紋的微結構。早期研究通常采用線性熔化策略，而Freemelt現(xiàn)在也在探索點熔化方法，該方法通過專有的Pixelmelt®軟件實現(xiàn)，提高了光束功率效率，有望提升鎢組件制造的生產率。

Freemelt的電子束源，一個配備激光加熱陰極的二極管型電子束源，確保在0–6 kW的功率范圍內實現(xiàn)穩(wěn)定的束斑質量。這與其它系統(tǒng)在2 kW以上功率水平下可能出現(xiàn)的束斑質量下降形成對比。

總體而言，F(xiàn)reemelt的獨特光束源配置使得電子束粉末床熔合工藝能夠在預熱、熱管理以及整個熔化過程中使用高功率。這不僅展現(xiàn)了公司在處理純鎢材料方面的新方法和改進，還實現(xiàn)了更廣泛的工藝參數(shù)范圍、更高的生產效率、更優(yōu)質的部件質量以及更穩(wěn)定的制造流程。