HAMR和Freemelt在MILAM2025期間展示鎢合金3D打印穿甲彈

2025年3月25日，南極熊獲悉,，在上個(gè)月的MILAM2025論壇期間,，美國(guó)材料和制造技術(shù)開發(fā)商HAMR Industrie和Freemelt聯(lián)手展示了它們?cè)阪u增材制造領(lǐng)域取得的最新進(jìn)展，亮點(diǎn)之一是幾枚打印好的鎢合金穿甲彈,。這些高精度彈藥部件都是通過(guò)Neighborhood 91園區(qū)的 Freemelt One EB-PBF系統(tǒng)直接制造出來(lái)的,。

△鎢合金3D打印穿甲彈

鎢，以高達(dá)3422°C的熔點(diǎn)而聞名（所有金屬中最高）,，這使它成為高溫應(yīng)用的理想材料,。除了出色的熔點(diǎn)，鎢在高溫下的剛度和強(qiáng)度同樣令人矚目,，這使得它在航空航天,、軍事和核能等高要求領(lǐng)域中備受青睞。然而,，鎢的高熔點(diǎn)和加工難度一直限制了傳統(tǒng)制造方法的應(yīng)用,。

電子束粉末床熔合（EB-PBF）技術(shù)的出現(xiàn)為這些挑戰(zhàn)提供了解決方案。EB-PBF技術(shù)能夠在高溫下精確控制材料的熔化過(guò)程,，并維持一個(gè)受控的熱環(huán)境,，這對(duì)于生產(chǎn)易裂材料的復(fù)雜組件至關(guān)重要。通過(guò)EB-PBF技術(shù),，鎢以及合金的制造過(guò)程得到了優(yōu)化,，提高了部件的性能和可靠性。

△Freemelt One EB-PBF增材制造系統(tǒng)

3D打印鎢基材的難題

鎢具有許多寶貴的特性：低熱膨脹系數(shù),、高熱導(dǎo)率,、低蒸汽壓以及出色的抗輻射性。這些特性使鎢成為制造白熾燈燈絲,、電子發(fā)射器,、X射線發(fā)生器靶材以及輻射屏蔽材料的理想選擇之一。此外,，鎢在極端條件下的彈性可用于在核聚變反應(yīng)堆中,，特別是在面向等離子體的部件中,，成為不可或缺的材料。

鎢材料在傳統(tǒng)制造過(guò)程中遇到的困難（比如易碎性,、加工難度等）以及增材制造技術(shù)能夠提供的高度設(shè)計(jì)靈活性和復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造能力,，共同推動(dòng)了對(duì)使用增材制造技術(shù)來(lái)加工鎢材料的研究和探索。盡管如此,，激光束粉末床熔合（LB-PBF）技術(shù)在處理鎢材料時(shí)的成功率有限,，主要是因?yàn)樵摴に囃ǔＴ诩s200°C的溫度下運(yùn)行。到目前為止,，使用LB-PBF生產(chǎn)完全致密且無(wú)裂紋的鎢部件仍然是一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo),。

電子束粉末床熔合技術(shù)在真空環(huán)境中運(yùn)行,，并將工藝溫度維持在1000°C以上,。得益于電子束的無(wú)慣性偏轉(zhuǎn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)每秒幾公里的高速掃描,，這使得即便是在保持材料化學(xué)純度的同時(shí),，也能有效地熔化那些容易開裂的材料。最近的研究表明,，通過(guò)在足夠高的溫度下使用EB-PBF技術(shù),，以保持材料的延展性，可以成功打印出全密度且無(wú)裂紋的鎢部件,。

△ORNL研究人員利用基于電子束的粉末床熔合 (EB-PBF) 技術(shù)3D打印出首批具有復(fù)雜幾何形狀的無(wú)缺陷鎢部件

Freemelt的EB-PBF創(chuàng)新與鎢增材制造優(yōu)化

Freemelt通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化它的工業(yè)級(jí)eMelt系統(tǒng),，促進(jìn)了高質(zhì)量鎢部件的增材制造。鎢材料在公司的材料產(chǎn)品線中占據(jù)核心地位,，與鈦和銅一樣,，是公司基礎(chǔ)材料組合中的關(guān)鍵元素。采用EB-PBF技術(shù)加工純鎢,，該公司能夠形成高密度,、無(wú)裂紋的微結(jié)構(gòu)。早期研究通常采用線性熔化策略,，而Freemelt現(xiàn)在也在探索點(diǎn)熔化方法,，該方法通過(guò)專有的Pixelmelt®軟件實(shí)現(xiàn)，提高了光束功率效率,，有望提升鎢組件制造的生產(chǎn)率,。

Freemelt的電子束源，一個(gè)配備激光加熱陰極的二極管型電子束源,，確保在0–6 kW的功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的束斑質(zhì)量,。這與其它系統(tǒng)在2 kW以上功率水平下可能出現(xiàn)的束斑質(zhì)量下降形成對(duì)比。

總體而言,，F(xiàn)reemelt的獨(dú)特光束源配置使得電子束粉末床熔合工藝能夠在預(yù)熱,、熱管理以及整個(gè)熔化過(guò)程中使用高功率,。這不僅展現(xiàn)了公司在處理純鎢材料方面的新方法和改進(jìn)，還實(shí)現(xiàn)了更廣泛的工藝參數(shù)范圍,、更高的生產(chǎn)效率,、更優(yōu)質(zhì)的部件質(zhì)量以及更穩(wěn)定的制造流程。