Вольфрам является предпочтительным материалом для высокотемпературных применений из-за его хороших термомеханических свойств, таких как высокая температура плавления, высокая плотность, высокая теплопроводность и умеренное тепловое расширение. Кроме того, его высокая плотность и чрезвычайно низкая скорость эрозии распылением делают его подходящим для радиационных или других экстремальных условий и могут использоваться для изготовления волноводов, коллиматоров, компонентов поверхности плазмы ядерных реакторов и т. д., охватывающих аэрокосмическую, авиационную, военную, медицинскую и ядерную промышленность. промышленности и т. д. Многие области.
Широкий спектр преимуществ металлического вольфрама также затрудняет его обработку. Температура плавления чистого вольфрама достигает 3410 градусов Цельсия. Хотя температура плавления вольфрамового сплава понижена, все они являются тугоплавкими металлами, которые трудно изготовить обычными методами. Как правило, вольфрам и вольфрамовые сплавы могут быть переработаны в материалы путем изготовления заготовок порошковой металлургии, экструзии, ковки, прокатки, прядения и волочения, но стоимость обработки высока и требует много времени, а также сложность конструкции деталей, которые могут быть изготовлены. ограничено.
В последние годы технология 3D-печати предоставила средства для производства металлического вольфрама, и производство этого материала было изучено с использованием различных процессов 3D-печати, таких как SLM, BJ, экструзия FDM и DLP, которые основаны на прямом плавлении. и спекание. осуществимость. Компании-производители цементированного карбида надеются, что эта новая технология может открыть новый путь для производства металлического вольфрама, и основные производители оборудования для 3D-печати также активно изучают процесс формования металлического вольфрама и заявляют, что они добились прорыва.
Прямая лазерная 3D-печать на основе плавления
Селективное лазерное плавление (SLM/L-PBF) является одним из наиболее успешных методов аддитивного производства для производства высокоточных и высококачественных функциональных деталей. На протяжении многих лет известные производители 3D-печати металлом в Китае заявляли, что они победили лазерную 3D-печать вольфрама и успешно реализовали применение. Приведенные примеры — это все вольфрамовые сетки для медицинского использования, и есть несколько устойчивых. отчеты.
Самая большая проблема с лазерными технологиями заключается в наличии температурных градиентов, которые легко могут привести к остаточным напряжениям и растрескиванию. Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса отметили, что в исследованиях 3D-печати вольфрама сообщалось о высокой плотности, превышающей 98 процентов, но образование микротрещин неизбежно. Справочник по технологии 3D-печати узнал об исследователях из нескольких подразделений, занимающихся исследованием этого материала. Вольфрамовые сетки относительно легко печатать. Хотя прочность невелика, они могут соответствовать медицинским требованиям по радиационной защите. Очень легко треснуть во время печати.
Лазерную печать вольфрама можно улучшить за счет легирования и оптимизации процесса, но оба подхода имели ограниченный успех. Для вольфрамовых сплавов высокой плотности из-за разнообразия компонентов свойства сильно различаются, температура плавления варьируется до 2400 градусов, а давление насыщенного пара каждого элемента различно. Исследователи из Тяньцзиньского университета и Центрального южного университета также отметили, что трудно обеспечить управляемость компонентов вольфрамовых сплавов с помощью SLM, а также сложно производить вольфрамовые сплавы полной плотности с отличными механическими свойствами.
Несомненно, использование лазера для изготовления вольфрамовых сеток является значительным прорывом и наиболее успешным применением прямого лазерного плавления, но вольфрам применяется не только для изготовления сеток.
Непрямая 3D-печать на основе спекания
Косвенная 3D-печать, основанная на спекании, представляет собой еще один метод обработки для формирования материалов из вольфрамового металла. Основные процессы включают экструзию, светоотверждение и распыление связующего. Эти процессы заключаются в том, чтобы сначала сформировать заготовку детали, а затем использовать традиционный процесс порошковой металлургии для реализации спекания и уплотнения металлического вольфрама.
Примером является порошковая экструзионная печать (Powder Extrusion print, PEP), эта технология не предъявляет строгих требований к сферичности и текучести исходного порошка, путем нагревания гранул, смешанных с металлическим порошком и полимерным связующим, в расплавленную пастообразную жидкость и осаждение Это слой за слоем для производства сырого тела, после обезжиривания и спекания может быть сформирована деталь из сплава с желаемой структурой и высокими характеристиками.
Зеленый корпус из вольфрамового сплава
Вольфрамовый сплав после спекания
Использование технологии непрямой 3D-печати методом экструзии порошкового расплава имеет определенные преимущества при печати деталей из вольфрамового сплава, позволяя изготавливать конструкционные детали почти чистой формы. Кроме того, этот процесс формования прост, не требует лазерных устройств и имеет низкие затраты на оборудование и материалы. Он подходит для порошковых материалов, используемых в порошковой металлургии, и имеет характеристики низкотемпературного формования и высокотемпературного формования.
Подвести итог
Каждый процесс имеет свои преимущества и недостатки. Существующее прямое лазерное изготовление вольфрамовых металлических блоков имеет недостатки при растрескивании и формовании, а схема экструзии и спекания сложна для изготовления тонкостенных сетчатых конструкций.