研究员利用3D打印技术力破钨材料脆性难点

摘要：近日，德国卡尔斯鲁厄技术学院（KIT）的研究人员现在通过采用一种称为电子束熔化（EBM）的增材制造技术来解决钨加工中存在的脆性问题。而所得的无裂纹金属可用于高温组件，例如火箭喷嘴、熔炉加热元件或聚变反应堆和医学成像系统的零件……

aau讯（编辑 吴昕烜）众所周知，钨具有许多优良的性能。它耐腐蚀，其熔点为3422°C，是所有金属中最高的，因此这使其成为在极端温度下工作的组件的理想材料。但是，其存在一个问题：它在室温下非常脆，这意味着很难使用常规技术进行处理。

为此，德国卡尔斯鲁厄技术学院（KIT）的研究人员现在通过采用一种称为电子束熔化（EBM）的增材制造技术来解决钨加工中的问题，从而解决了这一问题。所得的无裂纹金属可用于高温组件，例如火箭喷嘴、熔炉加热元件或聚变反应堆和医学成像系统的零件。

KIT研究团队由应用材料学院材料科学与工程学院（IAM-WK）的Steffen Antusch领导，研究了几种使用增材制造（也称为3D打印）的方法来制造几乎不需要后期加工的钨组件。在他们的最新工作中，他们使用EBM来减少加工过程中钨的应变，从而生产出无裂纹且易于处理的柔软材料。

EBM技术使用在真空中加速的电子束来熔化金属粉末。通过移动电子束，有可能以叠加方式（即逐层）从金属中产生3D分量。该技术最初是为需要高加工温度的钛合金材料开发的。

基于此，Antusch和他的同事们用EBM机中的电子束在钨金属粉末上进行3D打印，以便在熔化钨金属粉末之前对其进行预热。研究人员解释说，这种预加热程序可以减少金属的变形和固有应力，从而使处理在室温下容易破裂但在加热时会变形的材料成为可能。

与其他技术（例如激光打印）相比，这种新方法在生产无裂纹的钨方面要好得多，Antusch表示，与粉末注射成型不同，粉末注射成型是另一种广泛使用的先进制造技术，用于制造复杂的大体积网状部件。而采用这种新方法，“用户不需要昂贵的工具，就可以自由设计打印零件”。

IAM-WK的研究人员参与了亥姆霍兹协会和欧洲聚变计划（EUROfusion）的工作，其长期目标是开发用于聚变能和医学工程中高温应用的材料和工艺。他们现在计划表征和测试用于此类应用的打印钨材料的机械性能。

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