电子束3D打印EBM制造无裂纹钨金属部件

导读：钨有许多优良的特性，它具有抗腐蚀性，其熔点为3422℃，是所有金属中最高的，这使它成为在极端温度下工作部件的理想材料。但有一个问题：它在室温下非常脆，这意味着它很难用传统技术进行加工。

电子束熔融

德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究人员现在已经解决了这个问题，他们将一种叫做电子束熔融（EBM）的增材制造技术应用于钨加工。由此产生的无裂纹金属可用于高温部件，如火箭喷嘴、熔炉的加热元件或聚变反应堆和医学成像系统的部件。

△使用电子束熔融的3D打印技术生产的钨部件。照片来自Markus Breig, KIT

由应用材料研究所-材料科学与工程（IAM-WK）的Steffen Antusch领导的KIT研究人员已经研究了几种不同的3D打印方法，以制造几乎不需要后期加工的钨部件。在他们的最新工作中，他们使用EBM来减少钨在加工过程中的应变，从而生产出一种没有裂缝的软性材料，更容易处理。

EBM技术使用在真空中加速的电子束来熔融金属粉末。通过移动电子束，有可能以添加方式从金属中生产出三维部件，也就是逐层生产，这项技术最初是为钛合金和需要高加工温度的材料开发的。

预热减少变形和固有应力

为了使用钨创建3D打印部件，Antusch和他的同事通过EBM机器中的电子束在熔融钨金属粉末前对其进行预加热。研究人员解释说，这种预热程序减少了金属的变形和固有应力，使得加工在室温下容易断裂但在预热后可以变形的材料成为可能。

Antusch宣称EBM与其他技术（如激光打印）相比，在生产无裂纹钨部件方面要好得多。而且，与粉末注射成型技术（另一种广泛采用的用于制造复杂、大批量净成形部件的先进制造技术）不同，Antusch指出，使用新方法"你不需要昂贵的工具，可以自由设计打印部件"。

IAM-WK的研究人员参与了亥姆霍兹协会和欧洲聚变计划（EUROfusion）的工作，其长期目标是为聚变能源和医学工程中的高温应用开发材料和工艺（如为CT扫描仪制造零件）。他们现在计划对其打印的钨材料的机械性能进行表征和测试，以用于此类应用。