Volfram je materijal izbora za primjenu pri visokim temperaturama zbog svojih dobrih termomehaničkih svojstava kao što su visoka točka taljenja, visoka gustoća, visoka toplinska vodljivost i umjereno toplinsko širenje. Osim toga, njegova visoka gustoća i iznimno niska stopa erozije raspršivanjem čine ga prikladnim za radijaciju ili druga ekstremna okruženja i mogu se koristiti za proizvodnju valovoda, kolimatora, površinskih komponenti plazme nuklearnog reaktora itd., pokrivajući svemirsko, zrakoplovno, vojno, medicinsko i nuklearno industrije itd. Mnoga polja.
Širok raspon prednosti metala volframa također otežava njegovu obradu. Talište čistog volframa je čak 3410 stupnjeva Celzijusa. Iako je talište legura volframa niže, sve su to vatrostalni metali koje je teško proizvesti uobičajenim metodama. Općenito, volfram i legure volframa mogu se preraditi u materijale metalurgijom praha izradom sirovina, ekstruzijom, kovanjem, valjanjem, predenjem i izvlačenjem, ali troškovi obrade su visoki i dugotrajni, a strukturna složenost dijelova koji se mogu proizvesti je ograničeno.
Posljednjih godina tehnologija 3D ispisa pružila je sredstva za proizvodnju metala volframa, a proizvodnja ovog materijala je istražena pomoću različitih procesa 3D ispisa kao što su SLM, BJ, FDM ekstruzija i DLP, koji se temelje na izravnom taljenju i sinterovanje. izvedivost. Tvrtke za proizvodnju cementnog karbida nadaju se da ova nova tehnologija može otvoriti novi način za proizvodnju metala volframa, a glavni proizvođači opreme za 3D ispis također su aktivno istraživali proces oblikovanja metala volframa i izjavili da su napravili napredak.
Izravni laserski 3D ispis na bazi topljenja
Selektivno lasersko taljenje (SLM/L-PBF) jedna je od najuspješnijih tehnika aditivne proizvodnje za proizvodnju visokopreciznih i visokokvalitetnih funkcionalnih dijelova. Tijekom godina, poznati proizvođači metalnih 3D ispisa u Kini izjavili su da su osvojili laserski 3D ispis volframa i uspješno realizirali aplikaciju. Navedeni primjeri sve su volframove rešetke za medicinsku upotrebu, a malo ih je održivih. izvještaji.
Najveći problem s tehnologijom temeljenom na laseru je postojanje temperaturnih gradijenata, koji lako mogu dovesti do zaostalog naprezanja i uzrokovati pucanje. Istraživači Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore istaknuli su da su u studijama 3D ispisa na volframu zabilježene visoke gustoće veće od 98 posto, ali je stvaranje mikropukotina neizbježno. Referenca tehnologije 3D ispisa saznala je za istraživače iz nekoliko jedinica koje se bave istraživanjem ovog materijala. Rešetke od volframa je relativno lako tiskati. Iako čvrstoća nije visoka, mogu zadovoljiti medicinske zahtjeve za zaštitu od zračenja. Vrlo lako puknuti tijekom tiskanja.
Laserski tisak volframa može se poboljšati legiranjem i optimizacijom procesa, ali oba su pristupa imala ograničen uspjeh. Za legure volframa visoke gustoće, zbog raznolikosti komponenti, svojstva se jako razlikuju, talište varira do 2400 stupnjeva, a tlak zasićene pare svakog elementa je različit. Istraživači sa Sveučilišta Tianjin i Central South University također su istaknuli da je teško osigurati upravljivost komponenti u legurama volframa pomoću SLM-a, a također je teško proizvesti legure volframa pune gustoće s izvrsnim mehaničkim svojstvima.
Bez sumnje, korištenje lasera za proizvodnju volframovih rešetki značajan je pomak i najuspješnija primjena izravnog laserskog taljenja, no primjena volframa nije samo za rešetke.
Indirektni 3D ispis na bazi sinteriranja
Indirektni 3D ispis temeljen na sinteriranju pruža još jednu metodu obrade za oblikovanje metalnih materijala od volframa. Glavni procesi uključuju ekstruziju, svjetlosnu polimerizaciju i mlaz veziva. Ovim se procesima prvo oblikuje neobrađeni dio, a zatim se koristi tradicionalni proces metalurgije praha kako bi se ostvarilo sinteriranje i zgušnjavanje metala volframa.
Tisak ekstruzijom praha (Powder Extrusion printing, PEP) je primjer, ova tehnologija nema stroge zahtjeve za sferičnost i fluidnost originalnog praha, zagrijavanjem peleta pomiješanih s metalnim prahom i polimernim vezivom u rastaljenu tekućinu paste i taloženjem sloj po sloj kako bi se proizvelo zeleno tijelo, nakon odmašćivanja i sinteriranja, može se formirati dio od legure željene strukture i visokih performansi.
Zeleno tijelo od legure volframa
Legura volframa nakon sinterovanja
Korištenje neizravne tehnologije 3D ispisa ekstruzijom taline praha ima određene prednosti u ispisu dijelova od legure volframa, što omogućuje proizvodnju strukturnih dijelova gotovo neto oblika. Štoviše, ovaj proces oblikovanja je jednostavan, ne zahtijeva laserske uređaje i ima niske troškove opreme i materijala. Pogodan je za praškaste materijale koji se koriste u metalurgiji praha i ima karakteristike niskotemperaturnog oblikovanja i visokotemperaturnog oblikovanja.
Rezimirati
Svaki proces ima svoje prednosti i nedostatke. Trenutna izravna laserska proizvodnja metalnih blokova od volframa ima nedostatke u pucanju i oblikovanju, a shema ekstruzije i sinteriranja je teška za proizvodnju mrežastih struktura tankih stijenki.