供稿人:陳義 魯中良 李滌塵 發(fā)布日期：2017-06-06
稀有金屬是國(guó)家的重要戰(zhàn)略資源，鎢是典型的稀有金屬，具有極為重要的用途。鎢的熔點(diǎn)在3410±20℃，在溫度超過(guò)1650℃時(shí)，它具有最高的拉伸強(qiáng)度。鎢的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能以及導(dǎo)熱、導(dǎo)電和電子發(fā)射性能都很好，除大量用于制造硬質(zhì)合金和作合金添加劑外，鎢及其合金也廣泛用于電子、電光源工業(yè)，同時(shí)在航天、鑄造、武器等部門中用于制作火箭噴管、壓鑄模具、穿甲彈芯、觸點(diǎn)、發(fā)熱體和隔熱屏等[1,2]。因此將鎢金屬應(yīng)用在3D打印上，能夠制造出性能優(yōu)異的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件。
法蘭克福的3D打印初創(chuàng)公司DDDMaterial在眾籌平臺(tái)Kickstarter推出使用優(yōu)質(zhì)鎢材料制成的3D打印機(jī)噴嘴（圖1）。由于使用了鎢金屬，他們的噴嘴與普通的黃銅或者鋼制噴嘴相比有幾大好處：導(dǎo)熱性好；能量效率高；精度性能穩(wěn)定；不受極端的回火的影響[3]。
圖1 DDDmaterial公司生產(chǎn)鎢材料3D打印噴嘴
飛利浦公司下屬企業(yè)醫(yī)療成像零部件制造商Smit R?ntgen，開發(fā)出基于粉末床選擇性激光熔融的增材制造方式加工純鎢的工藝。該工藝的特點(diǎn)是通過(guò)選擇性的固化用熔點(diǎn)高達(dá)3422℃的金屬鎢制成的純鎢薄膜層來(lái)將一個(gè)數(shù)字設(shè)計(jì)建構(gòu)成一個(gè)三維產(chǎn)品(圖2)。在過(guò)去的10年內(nèi)，Smit R?ntgen逐步地投資3D打印技術(shù)，并且逐漸替代了傳統(tǒng)技術(shù)以為醫(yī)療行業(yè)提供定制化的創(chuàng)新零件，成為世界上首家將純鎢大量用于3D打印的公司[4]。
圖2 Smit R?ntgen生產(chǎn)自由曲面零件
純鎢同時(shí)還是一種優(yōu)良的X射線吸收材料而且環(huán)保，通過(guò)3D打印技術(shù)可以大批量生產(chǎn)鎢產(chǎn)品可用于X射線掃描設(shè)備，這些鎢零件富有變化且低成本。通過(guò)后處理，這些鎢零件可以用于真空兼容環(huán)境，包括X射線管內(nèi)。同時(shí)鎢的高熔點(diǎn)使得這些零件可以用于極端的高溫度環(huán)境下，另外其低溫的低膨脹率也使得鎢是溫度變化幅度大的環(huán)境下最穩(wěn)定的選擇，從而使得其應(yīng)用范圍不僅僅局限于醫(yī)療行業(yè)。
國(guó)內(nèi)對(duì)鎢合金在3D打印方面應(yīng)用研究較少，鉑力特通過(guò)對(duì)鎢合金的3D打印技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，解決了難熔金屬鎢材料的激光精密成形(圖3)，成為了國(guó)內(nèi)第一家可以打印鎢材料的企業(yè)[5]。
圖3 鉑力特鎢材料打印光柵
目前，鎢金屬3D打印技術(shù)并沒有得到普及，在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用上存在一定的難度。但是考慮到鎢金屬的優(yōu)良性能，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，其在醫(yī)療和航天領(lǐng)域?qū)⒂兄訌V闊的前景。