Wolfram ist aufgrund seiner guten thermomechanischen Eigenschaften wie hoher Schmelzpunkt, hohe Dichte, hohe Wärmeleitfähigkeit und moderate Wärmeausdehnung das Material der Wahl für Hochtemperaturanwendungen. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seiner hohen Dichte und extrem niedrigen Sputtererosionsrate für Strahlung oder andere extreme Umgebungen und kann zur Herstellung von Wellenleitern, Kollimatoren, Plasmaoberflächenkomponenten für Kernreaktoren usw. in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Luftfahrt, Militär, Medizin und Nuklearindustrie verwendet werden Branchen usw. Viele Bereiche.
Die vielfältigen Vorteile von Wolframmetall erschweren zudem die Verarbeitung. Der Schmelzpunkt von reinem Wolfram liegt bei 3410 Grad Celsius. Obwohl der Schmelzpunkt der Wolframlegierung erniedrigt ist, handelt es sich bei allen um hochschmelzende Metalle, die mit herkömmlichen Verfahren schwierig herzustellen sind. Im Allgemeinen können Wolfram und Wolframlegierungen durch pulvermetallurgische Rohlingsherstellung, Extrusion, Schmieden, Walzen, Spinnen und Ziehen zu Materialien verarbeitet werden, aber die Verarbeitungskosten sind hoch und zeitaufwändig und die strukturelle Komplexität der Teile, die hergestellt werden können ist begrenzt.
In den letzten Jahren hat die 3D-Drucktechnologie ein Mittel zur Herstellung von Wolframmetall bereitgestellt, und die Herstellung dieses Materials wurde mit verschiedenen 3D-Druckverfahren wie SLM, BJ, FDM-Extrusion und DLP untersucht, die auf direktem Schmelzen basieren und Sintern. Durchführbarkeit. Hartmetallhersteller hoffen, dass diese neue Technologie einen neuen Weg für die Herstellung von Wolframmetall eröffnen kann, und die Hersteller von 3D-Druckgeräten haben auch aktiv den Formprozess von Wolframmetall erforscht und erklärt, dass sie Durchbrüche erzielt haben.
Schmelzbasierter, direkter Laser-3D-Druck
Selektives Laserschmelzen (SLM/L-PBF) ist eines der erfolgreichsten additiven Fertigungsverfahren zur Herstellung hochpräziser und qualitativ hochwertiger Funktionsteile. Im Laufe der Jahre haben namhafte Metall-3D-Druckhersteller in China erklärt, dass sie den Laser-3D-Druck von Wolfram erobert und die Anwendung erfolgreich realisiert haben. Die aufgeführten Beispiele sind alle Wolframgitter für medizinische Zwecke, und es gibt nur wenige nachhaltige. Berichte.
Das größte Problem bei der laserbasierten Technologie ist das Vorhandensein von Temperaturgradienten, die leicht zu Eigenspannungen und Rissen führen können. Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory wiesen darauf hin, dass in 3D-Druckstudien mit Wolfram hohe Dichten von mehr als 98 Prozent gemeldet wurden, die Bildung von Mikrorissen jedoch unvermeidlich ist. Die 3D-Drucktechnologie-Referenz hat von Forschern aus mehreren Einheiten erfahren, die sich mit der Erforschung dieses Materials befassen. Wolframgitter sind relativ einfach zu drucken. Obwohl die Festigkeit nicht hoch ist, können sie die medizinischen Anforderungen an die Strahlenabschirmung erfüllen. Sehr leicht beim Drucken zu knacken.
Der Laserdruck von Wolfram kann durch Legierungs- und Prozessoptimierung verbessert werden, aber beide Ansätze hatten nur begrenzten Erfolg. Bei hochdichten Wolframlegierungen variieren die Eigenschaften aufgrund der Vielzahl der Komponenten stark, der Schmelzpunkt variiert bis zu 2400 Grad und der Sättigungsdampfdruck jedes Elements ist unterschiedlich. Forscher der Tianjin University und der Central South University wiesen auch darauf hin, dass es schwierig ist, die Steuerbarkeit der Komponenten in Wolframlegierungen durch die Verwendung von SLM sicherzustellen, und es auch schwierig ist, Wolframlegierungen mit voller Dichte und hervorragenden mechanischen Eigenschaften herzustellen.
Zweifellos ist die Verwendung des Lasers zur Herstellung von Wolframgittern ein bedeutender Durchbruch und die erfolgreichste Anwendung des direkten Laserschmelzens, aber die Anwendung von Wolfram gilt nicht nur für Gitter.
Sinterbasierter, indirekter 3D-Druck
Der indirekte 3D-Druck auf Sinterbasis bietet eine weitere Verarbeitungsmethode zur Bildung von Wolframmetallmaterialien. Die Hauptprozesse umfassen Extrusion, Lichthärtung und Binder Jetting. Diese Prozesse sollen zuerst den Rohling des Teils bilden und dann das traditionelle Pulvermetallurgieverfahren verwenden, um das Sintern und Verdichten von Wolframmetall zu realisieren.
Der Pulverextrusionsdruck (Powder Extrusion Printing, PEP) ist ein Beispiel, diese Technologie stellt keine strengen Anforderungen an die Rundheit und Fließfähigkeit des ursprünglichen Pulvers, indem die mit Metallpulver und Polymerbindemittel vermischten Pellets zu einer geschmolzenen Pastenflüssigkeit erhitzt und abgeschieden werden Wird Schicht für Schicht ein Grünkörper hergestellt, kann nach dem Entfetten und Sintern ein Legierungsteil mit gewünschter Struktur und hoher Leistungsfähigkeit entstehen.
Grünkörper aus Wolframlegierung
Wolframlegierung nach dem Sintern
Die Verwendung der indirekten 3D-Drucktechnologie der Pulverschmelzextrusion hat bestimmte Vorteile beim Drucken von Teilen aus Wolframlegierung, wodurch es möglich wird, endkonturnahe Strukturteile herzustellen. Darüber hinaus ist dieses Umformverfahren einfach, erfordert keine Lasergeräte und hat geringe Ausrüstungs- und Materialeinsatzkosten. Es eignet sich für Pulverwerkstoffe, die in der Pulvermetallurgie verwendet werden, und hat die Eigenschaften der Niedertemperaturumformung und der Hochtemperaturumformung.
Zusammenfassen
Jedes Verfahren hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Die gegenwärtige direkte Laserherstellung von Wolframmetallblöcken hat Mängel beim Reißen und Formen, und das Schema des Extrudierens und Sinterns ist schwierig, dünnwandige Gitterstrukturen herzustellen.