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(diǎn)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(gè)問(wèn)題：它在室溫下非常脆，這意味著很難使用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行處理。

德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)的研究人員通過(guò)采用一種名為電子束熔融技術(shù)(EBM)的增材制造技術(shù)來(lái)解決鎢加工中的問(wèn)題，從而解決了這一問(wèn)題。由此產(chǎn)生的無(wú)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(chēng)為3D打印)來(lái)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(lái)減少加工過(guò)程中鎢的應(yīng)變，從而生產(chǎn)出無(wú)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(lái)熔化金屬粉末。通過(guò)移動(dòng)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(kāi)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(jī)器中的電子束在熔化鎢金屬粉末之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱。研究人員解釋說(shuō)，這種預(yù)熱過(guò)程減少了金屬的變形和固有應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)在室溫下容易破裂但在高溫下會(huì)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(wú)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?jī)粜尾考南冗M(jìn)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(jì)印刷部件”。

IAM-WK研究人員參與了Helmholtz協(xié)會(huì)和歐洲聚變方案(EUROfusion)的工作，其長(zhǎng)期目標(biāo)是開(kāi)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(jì)劃表征并測(cè)試用于此類(lèi)應(yīng)用的印刷鎢材料的機(jī)械性能。