钨（钨）的增材制造
打印 X 射线准直器：对抗最耐热金属的脆性。
1。简介：地球上最顽固的金属
钨（tungsten）是一种最高级的金属。它具有所有纯金属中最高的熔点（3,422 °C），密度极高（几乎与金一样密度）并且能够出色地吸收放射性辐射。它是 X 射线管、辐射防护和高温烤箱的理想材料。
同时，这对工程师来说绝对是一场噩梦：它在室温下非常脆和硬，很难使用传统方法（车削、铣削）加工成复杂的形状。通过 3D 打印 (PBF-LB)，业界现在正尝试将这种顽固的金属成型。
为什么打印机不会自行熔化？
PBF 打印机中的光纤激光器具有足够的能量（例如，由于 50 µm 的高度聚焦光斑），可以局部达到 3,500 °C 以上，并在特定点熔化钨颗粒。当热量以闪电般的速度流入周围的粉末床时，室内周围的钛或铝部件保持凉爽。
2。微裂纹流行
熔化钨粉（PBF-LB）的最大障碍是极端的温度冲击。钨具有非常高的韧脆转变温度 (DBTT)，对于纯钨来说，该温度通常在 200 至 400 °C 之间。
如果 3,500 °C 的热熔池在毫秒范围内冷却，材料不可避免地会出现微观裂纹。几乎每个由纯钨制成的激光打印组件都类似于显微镜下破裂的冰盖（微裂纹）。纯 PBF 钨目前通常不适合用作结构支撑部件。
3。准直器：当裂缝不再重要时
幸运的是，裂缝不会影响所有应用。在医疗技术（计算机断层扫描）和核技术中，高度复杂的钨结构用于聚集和屏蔽 X 射线或伽马辐射：所谓的防散射网格（准直器）。
准直器由极薄的壁和复杂的蜂窝结构组成。它们不必承载重量，只需坚固且致密即可。 3D 打印首次使得生产由钨制成的蜂窝准直器成为可能，该准直器能够以微米级精度过滤辐射。不可避免的微裂纹不会对辐射防护产生丝毫干扰。
4。解决方案：钨合金和粘合剂喷射
为了控制激光熔化中纯钨的脆性，业界正在寻求替代途径：
- 钨高合金（WHA）：钨与镍、铁或铜混合（例如W-Ni-Fe）。添加这些较软的金属（“粘结剂金属”）可大大降低开裂的可能性，并使材料易于加工。
- 粘合剂喷射：由于激光热量会破坏钨，因此钨粉会被冷打印（使用喷墨头使用粘合剂）。然后，“生坯部分”在极高的温度下在烤箱中缓慢烧结（通常会渗透青铜或铜）。这是目前最有希望的生产致密、复杂钨组件的路线。
5。结论：一场与物理学的斗争
纯钨的增材制造仍然是现代冶金中最大的挑战之一。但对于高度专业化的辐射防护元件和核聚变元件（钨偏转器）来说，这些元件是不可能生产的，3D 打印（特别是通过粘合剂喷射的绕道）是通往未来的唯一途径。