SLM和EBM 3D打印金屬鎢的對比研究

2020年4月，喬納森·賴特（Jonathan Wright）最近向謝菲爾德大學(xué)材料科學(xué)與工程系提交了一篇論文,，探討了用稀有金屬鎢進(jìn)行3D打印的問題,。在“ 通過選擇性激光熔化和電子束熔化的鎢的增材制造 ”中，賴特詳細(xì)介紹了使用選擇性激光熔化（SLM）和電子束熔化（EBM）的純鎢粉末床增材制造（ALM）的潛力,。

SLM和EBM 3D打印金屬鎢的對比研究論文（超過200頁）
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鎢由鎢鐵礦（（Fe,，Mn）WO4）和白鎢礦（CaWO4）衍生，不僅具有所有元素中最低的蒸氣壓,，而且具有高熔點(diǎn)和“拉成細(xì)絲”的能力,。如今，它已用于燈絲和許多其他應(yīng)用中,，可用于高溫或需要高密度的場景,，例如X射線屏蔽。

賴特還解釋說,，由于鎢的熱特性,，“低的spluttering yield濺射產(chǎn)率和較短的活化衰減時(shí)間”，它也適用于核聚變實(shí)驗(yàn),。

“雖然可以對鎢進(jìn)行機(jī)械加工（鉆孔,，車削，銑削等）,，但很困難,，需要專業(yè)知識，并且必須嚴(yán)格遵守嚴(yán)格條件,，”賴特說,。“可以通過克服一些困難的放電加工Electrical Discharge Machining（EDM）來形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu),�,！�

由于鎢的化學(xué)、物理和機(jī)械組成會帶來挑戰(zhàn)和局限性,，因此需要考慮合金化,。但是，賴特指出,，雖然已經(jīng)對“大量”合金進(jìn)行了試驗(yàn),，但是還有很大空間,。迄今為止，鎢-合金被認(rèn)為具有最大的改善延展性的潛力,。


△鎢濕法冶金的一般流程圖

在賴特研究的實(shí)驗(yàn)階段,，他使用雷尼紹SLM 125來制造樣品零件，并使用雷尼紹AM 400來制造其他零件,。

△雷尼紹SLM 125金屬3D打印機(jī)

對于EBM工藝,，使用了Arcam S12系統(tǒng)


△ARCAM S12 EBM金屬3D打印機(jī)

賴特發(fā)現(xiàn)很難制造出沒有缺陷的鎢零件，并且光束功率是產(chǎn)生孔隙的最大原因之一,，所有樣品在200W時(shí)表現(xiàn)出高水平,，而在400W時(shí)表現(xiàn)出最低水平。

“隨著通過SLM生產(chǎn)的鎢樣品中孔隙率的降低,，發(fā)現(xiàn)裂紋的數(shù)量增加了,，因此這也是光束功率的因素，”賴特解釋說,。

為了生產(chǎn)無裂紋零件,，需要對鎢的SLM進(jìn)行進(jìn)一步的工作。這可能包括調(diào)查添加外部熱源,。加熱的環(huán)境可能會減少殘余應(yīng)力,，并使材料高于DBTT�,！�


△通過SLM制造的鎢Langmuir探針,。長25mm

在嘗試制造EBM樣品時(shí)，賴特能夠?yàn)榈腿毕莸逆u樣品找到合適的參數(shù),。他認(rèn)為速度,、電流和艙口間距在孔隙率中起著重要作用,。

△通過EBM制造的鎢單體,。外形尺寸20mm x 20mm x 25mm

△通過EBM制造的鎢晶格結(jié)構(gòu)。外徑：80mm,。厚度：20mm

“這是EBM打印鎢的首次報(bào)道,。具體而言，EBM能夠生產(chǎn)出低孔隙率,，無裂紋的零件,。由于結(jié)合了真空環(huán)境，高構(gòu)建溫度和高光束功率,，EBM似乎是首選的制造工藝,。”賴特總結(jié)道,。

“然而,，在ALM可以用于制造用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的鎢之前,，機(jī)械性能和幾何精度需要進(jìn)一步改善。對于機(jī)械性能非關(guān)鍵且要求復(fù)雜幾何形狀的應(yīng)用（例如X射線準(zhǔn)直）,，此處概述的ALM技術(shù)可以提供可行的加工路線,。”

隨著世界各地研究人員不斷完善3D打印和增材制造工藝,，人們正在研究鎢的性能和應(yīng)用,，從檢驗(yàn)鎢的性能到制造切削工具以及大型非合金零件。

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