Wolfram jest materiałem wybieranym do zastosowań wysokotemperaturowych ze względu na dobre właściwości termomechaniczne, takie jak wysoka temperatura topnienia, duża gęstość, wysoka przewodność cieplna i umiarkowana rozszerzalność cieplna. Ponadto jego wysoka gęstość i wyjątkowo niski współczynnik erozji przez rozpylanie sprawiają, że nadaje się do promieniowania lub innych ekstremalnych środowisk i może być używany do produkcji falowodów, kolimatorów, elementów powierzchni plazmy reaktorów jądrowych itp., obejmujących lotnictwo, lotnictwo, wojsko, medycynę i energię jądrową przemysł itp. Wiele dziedzin.
Szeroki wachlarz zalet metalu wolframowego utrudnia również jego obróbkę. Temperatura topnienia czystego wolframu wynosi aż 3410 stopni Celsjusza. Chociaż temperatura topnienia stopu wolframu jest obniżona, wszystkie są metalami ogniotrwałymi, które są trudne do wytworzenia konwencjonalnymi metodami. Ogólnie rzecz biorąc, wolfram i stopy wolframu można przetwarzać na materiały przez wytwarzanie wykrojów metalurgii proszków, wytłaczanie, kucie, walcowanie, przędzenie i ciągnienie, ale koszt przetwarzania jest wysoki i czasochłonny, a strukturalna złożoność części, które można wyprodukować jest ograniczony.
W ostatnich latach technologia druku 3D zapewniła środki do produkcji wolframu metalicznego, a produkcja tego materiału została zbadana przy użyciu różnych procesów drukowania 3D, takich jak SLM, BJ, wytłaczanie FDM i DLP, które opierają się na bezpośrednim topieniu i spiekania. wykonalność. Firmy produkujące węgliki spiekane mają nadzieję, że ta nowa technologia może otworzyć nową drogę do produkcji wolframu, a główni producenci sprzętu do drukowania 3D również aktywnie badali proces formowania wolframu i stwierdzili, że dokonali przełomu.
Oparte na topieniu, bezpośrednie drukowanie laserowe 3D
Selektywne stapianie laserowe (SLM/L-PBF) to jedna z najskuteczniejszych technik wytwarzania przyrostowego do wytwarzania precyzyjnych i wysokiej jakości części funkcjonalnych. Przez lata znani producenci druku 3D metali w Chinach twierdzili, że podbili laserowe drukowanie 3D wolframu i pomyślnie zrealizowali zastosowanie. Wszystkie podane przykłady to siatki wolframowe do użytku medycznego, a jest ich niewiele. raporty.
Największym problemem związanym z technologią laserową jest istnienie gradientów temperatury, które mogą łatwo prowadzić do naprężeń szczątkowych i powodować pękanie. Naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory zwrócili uwagę, że w badaniach drukowania 3D na wolframie odnotowano wysokie gęstości większe niż 98 procent, ale tworzenie się mikropęknięć jest nieuniknione. O technologii druku 3D referencyjnej dowiedzieli się naukowcy z kilku jednostek zajmujących się badaniami tego materiału. Siatki wolframowe są stosunkowo łatwe do wydrukowania. Chociaż wytrzymałość nie jest wysoka, mogą spełniać wymagania medyczne dotyczące osłony przed promieniowaniem. Bardzo łatwo pęka podczas drukowania.
Drukowanie laserowe wolframu można ulepszyć poprzez dodawanie stopów i optymalizację procesu, ale oba podejścia odniosły ograniczony sukces. W przypadku stopów wolframu o dużej gęstości, ze względu na różnorodność składników, właściwości są bardzo zróżnicowane, temperatura topnienia zmienia się do 2400 stopni, a nasycona prężność pary każdego pierwiastka jest inna. Naukowcy z Tianjin University i Central South University zwrócili również uwagę, że trudno jest zapewnić sterowalność składników stopów wolframu za pomocą SLM, a także trudno jest wyprodukować stopy wolframu o pełnej gęstości i doskonałych właściwościach mechanicznych.
Niewątpliwie wykorzystanie lasera do produkcji siatek wolframowych jest znaczącym przełomem i najbardziej udanym zastosowaniem bezpośredniego topienia laserowego, ale zastosowanie wolframu nie ogranicza się tylko do siatek.
Oparty na spiekaniu, pośredni druk 3D
Pośredni druk 3D oparty na spiekaniu zapewnia kolejną metodę przetwarzania do formowania metalowych materiałów wolframowych. Główne procesy obejmują wytłaczanie, utwardzanie światłem i natryskiwanie spoiwa. Procesy te mają najpierw uformować półfabrykat części, a następnie wykorzystać tradycyjny proces metalurgii proszków do realizacji spiekania i zagęszczania wolframu metalicznego.
Przykładem jest druk wytłaczany proszkowy (druk wytłaczany proszkowy, PEP), technologia ta nie ma ścisłych wymagań dotyczących sferyczności i płynności oryginalnego proszku, poprzez podgrzewanie granulek zmieszanych z proszkiem metalowym i spoiwem polimerowym do stopionej pasty Płyn i osadzanie warstwa po warstwie w celu wytworzenia surowego korpusu, po odtłuszczeniu i spiekaniu można uformować część ze stopu o pożądanej strukturze i wysokiej wydajności.
Zielony korpus ze stopu wolframu
Stop wolframu po spiekaniu
Zastosowanie technologii pośredniego drukowania 3D metodą wytłaczania ze stopu proszku ma pewne zalety w drukowaniu części ze stopów wolframu, umożliwiając wytwarzanie części konstrukcyjnych o kształcie zbliżonym do netto. Ponadto ten proces formowania jest prosty, nie wymaga urządzeń laserowych i wiąże się z niskimi kosztami wyposażenia i materiałów. Nadaje się do materiałów proszkowych stosowanych w metalurgii proszków i ma właściwości formowania w niskiej temperaturze i formowania w wysokiej temperaturze.
Podsumować
Każdy proces ma swoje zalety i wady. Obecna bezpośrednia laserowa produkcja metalowych bloków wolframu ma wady w zakresie pękania i formowania, a schemat wytłaczania i spiekania jest trudny do wytworzenia cienkościennych struktur siatkowych.