采用電子束熔融技術(shù)3D打印鎢絲元件。圖

鎢具有許多優(yōu)良的性能。它耐腐蝕，其熔點為3422°C，是所有金屬中最高的，因此使其成為在極端溫度下工作的組件的理想材料。但是，存在一個問題：它在室溫下非常脆，這意味著很難使用常規(guī)技術(shù)進行處理。

德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)的研究人員通過采用一種名為電子束熔融技術(shù)(EBM)的增材制造技術(shù)來解決鎢加工中的問題，從而解決了這一問題。由此產(chǎn)生的無裂紋金屬可用于高溫部件，如火箭噴嘴、熔爐加熱元件或聚變反應(yīng)堆和醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的部件。

增材制造

由應(yīng)用材料科學(xué)與工程研究所(IAM-WK)的Steffen Antusch領(lǐng)導(dǎo)的KIT研究人員已經(jīng)研究了幾種使用增材制造(也被稱為3D打印)來制造鎢組件的方法，這些方法幾乎不需要后期加工。在他們最新的工作中，他們使用EBM來減少加工過程中鎢的應(yīng)變，從而生產(chǎn)出無裂紋且易于處理的柔軟材料。

EBM技術(shù)使用在真空中加速的電子來熔化金屬粉末。通過移動電子束，可以以疊加方式(即逐層)從金屬中產(chǎn)生3D分量。該技術(shù)最初是為需要高加工溫度的鈦合金和材料開發(fā)的。

預(yù)熱可以減少變形和固有應(yīng)力

為了用鎢制造出3D打印的零件，安圖施和他的同事們使用EBM機器中的電子束在熔化鎢金屬粉末之前對其進行預(yù)熱。研究人員解釋說，這種預(yù)熱過程減少了金屬的變形和固有應(yīng)力，從而實現(xiàn)了對在室溫下容易破裂但在高溫下會變形的材料的加工。

Antusch告訴《物理世界》，與激光打印等其他技術(shù)相比，這種新方法在生產(chǎn)無裂紋鎢方面要好得多。與粉末注射成型(另一種廣泛應(yīng)用的用于制造復(fù)雜、大批量凈形部件的先進制造技術(shù))不同，Antusch指出，這種新方法“不需要昂貴的工具，可以自由設(shè)計印刷部件”。

IAM-WK研究人員參與了Helmholtz協(xié)會和歐洲聚變方案(EUROfusion)的工作，其長期目標(biāo)是開發(fā)用于聚變能源和醫(yī)療工程中的高溫應(yīng)用的材料和工藝(例如為CT掃描儀制造部件)。他們現(xiàn)在計劃表征并測試用于此類應(yīng)用的印刷鎢材料的機械性能。