電子束3D打印EBM制造無裂紋鎢金屬部件

導(dǎo)讀：鎢有許多優(yōu)良的特性，它具有抗腐蝕性，其熔點(diǎn)為3422℃，是所有金屬中最高的，這使它成為在極端溫度下工作部件的理想材料。但有一個問題：它在室溫下非常脆，這意味著它很難用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行加工。

電子束熔融

德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)解決了這個問題，他們將一種叫做電子束熔融（EBM）的增材制造技術(shù)應(yīng)用于鎢加工。由此產(chǎn)生的無裂紋金屬可用于高溫部件，如火箭噴嘴、熔爐的加熱元件或聚變反應(yīng)堆和醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的部件。

△使用電子束熔融的3D打印技術(shù)生產(chǎn)的鎢部件。照片來自Markus Breig, KIT

由應(yīng)用材料研究所-材料科學(xué)與工程（IAM-WK）的Steffen Antusch領(lǐng)導(dǎo)的KIT研究人員已經(jīng)研究了幾種不同的3D打印方法，以制造幾乎不需要后期加工的鎢部件。在他們的最新工作中，他們使用EBM來減少鎢在加工過程中的應(yīng)變，從而生產(chǎn)出一種沒有裂縫的軟性材料，更容易處理。

EBM技術(shù)使用在真空中加速的電子束來熔融金屬粉末。通過移動電子束，有可能以添加方式從金屬中生產(chǎn)出三維部件，也就是逐層生產(chǎn)，這項(xiàng)技術(shù)最初是為鈦合金和需要高加工溫度的材料開發(fā)的。

預(yù)熱減少變形和固有應(yīng)力

為了使用鎢創(chuàng)建3D打印部件，Antusch和他的同事通過EBM機(jī)器中的電子束在熔融鎢金屬粉末前對其進(jìn)行預(yù)加熱。研究人員解釋說，這種預(yù)熱程序減少了金屬的變形和固有應(yīng)力，使得加工在室溫下容易斷裂但在預(yù)熱后可以變形的材料成為可能。

Antusch宣稱EBM與其他技術(shù)（如激光打?。┫啾龋谏a(chǎn)無裂紋鎢部件方面要好得多。而且，與粉末注射成型技術(shù)（另一種廣泛采用的用于制造復(fù)雜、大批量凈成形部件的先進(jìn)制造技術(shù)）不同，Antusch指出，使用新方法"你不需要昂貴的工具，可以自由設(shè)計(jì)打印部件"。

IAM-WK的研究人員參與了亥姆霍茲協(xié)會和歐洲聚變計(jì)劃（EUROfusion）的工作，其長期目標(biāo)是為聚變能源和醫(yī)學(xué)工程中的高溫應(yīng)用開發(fā)材料和工藝（如為CT掃描儀制造零件）。他們現(xiàn)在計(jì)劃對其打印的鎢材料的機(jī)械性能進(jìn)行表征和測試，以用于此類應(yīng)用。