根據3D科學穀的市場觀察，德國卡爾斯魯厄理工學院KIT研究人員近日通過電子束熔化打印在高溫下使用的鎢組件獲得了進展。

鎢的熔點是所有金屬元素中最高的，為(wei) 3,422攝氏度。密度(19.3 g/cm³)很高，鎢的硬度也很高，如碳化鎢的硬度則與(yu) 金剛石接近。此外，鎢還具有良好的導電性和導熱性，較小的膨脹係數等特性，因而被廣泛應用到合金、電子、化工等領域，其中硬質合金是鎢最大的消費領域。

鎢金屬是典型的難熔金屬，難成形材料，也難以通過金屬3D打印技術進行加工。根據3D科學穀的市場觀察，目前少量企業(ye) 通過基於(yu) 粉末床工藝的電子束熔化（EBM）和選區激光熔化（SLM）3D打印技術在探索純鎢以及鎢合金的製造，這兩(liang) 種技術均為(wei) 直接金屬3D打印技術。

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小荷才露尖尖角

鎢材料非常適合在高溫下使用，例如太空火箭噴嘴、高溫爐的加熱元件或聚變反應堆。然而，鎢金屬非常脆，因此難以加工。根據3D科學穀的市場觀察，KIT的研究人員開發了一種創新方法來使這種脆性材料變軟。為(wei) 了加工鎢，他們(men) 確定了新的電子束熔化工藝參數。

鎢金屬在室溫下非常脆。由於(yu) 其特性，鎢很難使用傳(chuan) 統方法進行加工。處理既昂貴又耗時。在亥姆霍茲(zi) 協會(hui) 和 EUROfusion、歐洲聚變計劃的研究計劃的支持下，通過電子束熔化（簡稱 EBM）來增材製造鎢組件，KIT 應用材料研究所 - 材料科學與(yu) 工程 (IAM-WK) 成功地將 EBM 工藝應用於(yu) 鎢，開發出特定的工藝參數。

/對抗裂紋

根據3D科學穀的市場了解，鎢組件的 3D 打印現在成為(wei) 可能。鎢金屬可以應用於(yu) 許多領域，由於(yu) 其特殊的性能，非常適合能源和光技術、航空航天工業(ye) 和醫療工程中的高溫應用。在現代高科技工業(ye) 中不可或缺。

EBM增材製造方法在真空下加速的電子選擇性地熔化金屬粉末，並以這種方式以增材方式生成 3D 組件，即逐層生成。這種方法的一大優(you) 勢在於(yu) 所使用的能源，即電子束。可以在熔化前預熱金屬粉末和承載板，從(cong) 而減少變形和內(nei) 應力。可加工常溫下易斷裂、高溫下易變形的材料。

根據3D科學穀的市場研究，一方麵通過EBM增材製造鎢合金是一種有效的方法，另一方麵LPBF基於(yu) 粉末床的激光增材製造技術，勞倫(lun) 斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的科學家開展了一項表征鎢3D打印微裂紋形成方式和原因的研究，他們(men) 將熱機械仿真與(yu) 在粉末床激光熔化金屬3D打印過程中拍攝的高速視頻相結合，首次能夠實時觀察鎢金屬的韌性到脆性轉變（DBT），觀察到了微裂紋是如何隨著金屬的加熱和冷卻而引發和擴散。研究團隊能夠將微裂紋現象與(yu) 殘餘(yu) 應力，應變速率和溫度等變量相關(guan) 聯，並確認是由DBT 引起裂紋。

/商業(ye) 化進行時

在鎢金屬3D打印的商業(ye) 化進程方麵，根據3D科學穀的市場觀察，世界範圍內(nei) 鎢粉製造商GTP 正在推進兩(liang) 種鎢合金粉末的研發，與(yu) 以往涉及到的鎢合金3D打印粉末所不同的是，這兩(liang) 種鎢合金材料將用於(yu) 粘結劑噴射這一間接金屬3D打印技術。

GTP 同時還提供用於(yu) EBM 和SLM 金屬3D打印的鎢合金粉末，在開發粉末的同時對於(yu) 鎢合金材料的3D打印工藝參數進行了研究。GTP曾與(yu) 合作夥(huo) 伴進行了一項題為(wei) “直接金屬激光燒結/選區激光熔融鎢粉”的研究，目的是確定影響鎢粉致密化的關(guan) 鍵工藝參數，這對於(yu) 製造具有良好機械性能的複雜零件至關(guan) 重要。研究團隊還對低表觀密度或低球形粉末作為(wei) 選區激光熔融3D打印原材料的可行性進行了研究。

在應用方麵，根據3D科學穀的市場觀察，醫學影像巨頭GE 也通過金屬3D打印技術開發了鎢金屬準直器，此外GE 增材製造部門提供可製造鎳基高溫合金、鎢等高溫材料的EBM 3D打印技術。在純鎢或鎢合金的3D打印商業(ye) 化應用方麵，根據3D科學穀的市場研究，飛利浦旗下的醫療成像元件製造商Smit Röntgen 已通過金屬3D打印設備製造了一係列純鎢零件，例如通過SLM 3D打印製造X射線設備中的針孔準直器零件。3D打印對於(yu) 生成薄壁零件十分有效，這給準直孔徑角和形狀帶來極大地製造自由度。

國內(nei) 企業(ye) 中，西安鉑力特、湖南伊澍智能製造等少數企業(ye) 也在開發鎢金屬材料的增材製造應用。鉑力特已利用SLM 3D打印設備開發出了鎢合金3D打印零件，零件整體(ti) 采用薄壁結構，最小壁厚僅(jin) 0.1mm。湖南伊澍智能製造基於(yu) EBM 3D打印技術開展了對WC-Co硬質合金層-金剛石複合材料組分以及材料增材製造工藝參數的研究，該技術旨在解決(jue) 硬質合金刀具塗層剝落的問題，利用增材製造工藝與(yu) 材料，實現金剛石塗層材料與(yu) WC-Co硬質合金層以化學鍵方式的結合。

l來源：3D科學穀內(nei) 容團隊

▲3D科學穀在2021 TCT 期間進行了《全球增材製造市場技術趨勢、市場概況及發展預測》主題分享，並發布了《3D打印塑料白皮書(shu) 第二版》。

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