采用電子束熔融技術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，存在一個問題：它在室溫下非常脆，這意味著很難使用常規(guī)技術進行處理。

德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的研究人員通過采用一種名為電子束熔融技術(EBM)的增材制造技術來解決鎢加工中的問題，從而解決了這一問題。由此產生的無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堆和醫(yī)學成像系統(tǒng)的部件。

增材制造

由應用材料科學與工程研究所(IAM-WK)的Steffen Antusch領導的KIT研究人員已經研究了幾種使用增材制造(也被稱為3D打印)來制造鎢組件的方法，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來減少加工過程中鎢的應變，從而生產出無裂紋且易于處理的柔軟材料。

EBM技術使用在真空中加速的電子來熔化金屬粉末。通過移動電子束，可以以疊加方式(即逐層)從金屬中產生3D分量。該技術最初是為需要高加工溫度的鈦合金和材料開發(fā)的。

預熱可以減少變形和固有應力

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機器中的電子束在熔化鎢金屬粉末之前對其進行預熱。研究人員解釋說，這種預熱過程減少了金屬的變形和固有應力，從而實現了對在室溫下容易破裂但在高溫下會變形的材料的加工。

Antusch告訴《物理世界》，與激光打印等其他技術相比，這種新方法在生產無裂紋鎢方面要好得多。與粉末注射成型(另一種廣泛應用的用于制造復雜、大批量凈形部件的先進制造技術)不同，Antusch指出，這種新方法“不需要昂貴的工具，可以自由設計印刷部件”。

IAM-WK研究人員參與了Helmholtz協(xié)會和歐洲聚變方案(EUROfusion)的工作，其長期目標是開發(fā)用于聚變能源和醫(yī)療工程中的高溫應用的材料和工藝(例如為CT掃描儀制造部件)。他們現在計劃表征并測試用于此類應用的印刷鎢材料的機械性能。