3D 打印中的难熔金属：钨和钼

1。简介：元素周期表中的热巨星

难熔金属是第 4、5 和 6 亚组的贱金属，其特点是熔点极高（超过 2,000 °C）和巨大的密度。最重要的代表包括钨、钼、钽和铌。传统上，这些金属被认为极其难以或不可能加工 - 它们在室温下很脆，并且需要最高的熔化能量。

金属 3D 打印可以产生巨大的局部能量，被认为是用难熔金属生产复杂部件的最有前途的方法。

2。对印刷工艺的极致要求

在激光粉末床熔融 (PBF-LB) 中打印钨（熔点 3,422 °C）或钼（2,623 °C）将机器推向极限。

• 激光功率：为了完全熔化这些金属，需要非常高的能量密度（高功率激光）。同时，材料的高导热性意味着热量会立即流入建筑板。
• 裂纹（微裂纹）：这是最大的问题。极端的温度梯度（从超过 3000°C 到室温只需几毫秒）会产生巨大的内应力。金属的脆性本质不可避免地会导致组件中出现微裂纹。

3。方法：预热和合金化

为了控制裂缝，业界目前正在采取两种主要策略。

• 高温建筑板材：PBF 机器和 EBM（电子束熔化）系统经过改造，可将整个粉末床预热到 1,000 °C 至 1,500 °C 以上的温度。这降低了温度梯度并显着降低了热应力。
• 合金开发：纯钨几乎无法在没有裂纹的情况下进行打印。通过添加更多延展性金属，例如钽或铼（例如 W-Ta 合金），可以在不过多影响高温性能的情况下提高韧性。

4。应用：从医学到融合

印刷难熔金属用在哪里？

• 医疗技术（X 射线和 CT）：钨是一种出色的辐射防护剂。 3D 打印可用于生产蜂窝结构的高精度准直器（精确引导 X 射线的结构）。
• 熔炉和真空技术：由钽或钼制成的高真空熔炉的加热元件和隔热罩。
• 核聚变：未来的聚变反应堆（如 ITER）将需要由纯钨制成的极其耐热的“偏滤器”组件（等离子体挡板）。

5。结论：突破即将到来

难熔金属的印刷在很大程度上仍然是深入研究和开发的主题。但高温打印系统（特别是 EBM 领域）的进步表明，钨和钼的无裂纹增材制造将很快成为工业批量生产的现实。