HAMR和Freemelt在MILAM2025期间展示钨合金3D打印穿甲弹

2025年3月25日，南极熊获悉，在上个月的MILAM2025论坛期间，美国材料和制造技术开发商HAMR Industrie和Freemelt联手展示了它们在钨增材制造领域取得的最新进展，亮点之一是几枚打印好的钨合金穿甲弹。这些高精度弹药部件都是通过Neighborhood 91园区的 Freemelt One EB-PBF系统直接制造出来的。

△钨合金3D打印穿甲弹

钨，以高达3422°C的熔点而闻名（所有金属中最高），这使它成为高温应用的理想材料。除了出色的熔点，钨在高温下的刚度和强度同样令人瞩目，这使得它在航空航天、军事和核能等高要求领域中备受青睐。然而，钨的高熔点和加工难度一直限制了传统制造方法的应用。

电子束粉末床熔合（EB-PBF）技术的出现为这些挑战提供了解决方案。EB-PBF技术能够在高温下精确控制材料的熔化过程，并维持一个受控的热环境，这对于生产易裂材料的复杂组件至关重要。通过EB-PBF技术，钨以及合金的制造过程得到了优化，提高了部件的性能和可靠性。

△Freemelt One EB-PBF增材制造系统

3D打印钨基材的难题

钨具有许多宝贵的特性：低热膨胀系数、高热导率、低蒸汽压以及出色的抗辐射性。这些特性使钨成为制造白炽灯灯丝、电子发射器、X射线发生器靶材以及辐射屏蔽材料的理想选择之一。此外，钨在极端条件下的弹性可用于在核聚变反应堆中，特别是在面向等离子体的部件中，成为不可或缺的材料。

钨材料在传统制造过程中遇到的困难（比如易碎性、加工难度等）以及增材制造技术能够提供的高度设计灵活性和复杂结构制造能力，共同推动了对使用增材制造技术来加工钨材料的研究和探索。尽管如此，激光束粉末床熔合（LB-PBF）技术在处理钨材料时的成功率有限，主要是因为该工艺通常在约200°C的温度下运行。到目前为止，使用LB-PBF生产完全致密且无裂纹的钨部件仍然是一个难以实现的目标。

电子束粉末床熔合技术在真空环境中运行，并将工艺温度维持在1000°C以上。得益于电子束的无惯性偏转技术，可以实现每秒几公里的高速扫描，这使得即便是在保持材料化学纯度的同时，也能有效地熔化那些容易开裂的材料。最近的研究表明，通过在足够高的温度下使用EB-PBF技术，以保持材料的延展性，可以成功打印出全密度且无裂纹的钨部件。

△ORNL研究人员利用基于电子束的粉末床熔合 (EB-PBF) 技术3D打印出首批具有复杂几何形状的无缺陷钨部件

Freemelt的EB-PBF创新与钨增材制造优化

Freemelt通过调整和优化它的工业级eMelt系统，促进了高质量钨部件的增材制造。钨材料在公司的材料产品线中占据核心地位，与钛和铜一样，是公司基础材料组合中的关键元素。采用EB-PBF技术加工纯钨，该公司能够形成高密度、无裂纹的微结构。早期研究通常采用线性熔化策略，而Freemelt现在也在探索点熔化方法，该方法通过专有的Pixelmelt®软件实现，提高了光束功率效率，有望提升钨组件制造的生产率。

Freemelt的电子束源，一个配备激光加热阴极的二极管型电子束源，确保在0–6 kW的功率范围内实现稳定的束斑质量。这与其它系统在2 kW以上功率水平下可能出现的束斑质量下降形成对比。

总体而言，Freemelt的独特光束源配置使得电子束粉末床熔合工艺能够在预热、热管理以及整个熔化过程中使用高功率。这不仅展现了公司在处理纯钨材料方面的新方法和改进，还实现了更广泛的工艺参数范围、更高的生产效率、更优质的部件质量以及更稳定的制造流程。