Vonfram là vật liệu được lựa chọn cho các ứng dụng nhiệt độ cao do các đặc tính cơ nhiệt tốt của nó như nhiệt độ nóng chảy cao, mật độ cao, độ dẫn nhiệt cao và độ giãn nở nhiệt vừa phải. Ngoài ra, mật độ cao và tốc độ xói mòn phún xạ cực thấp của nó làm cho nó phù hợp với bức xạ hoặc các môi trường khắc nghiệt khác và có thể được sử dụng để sản xuất ống dẫn sóng, ống chuẩn trực, các thành phần bề mặt plasma của lò phản ứng hạt nhân, v.v., bao gồm hàng không vũ trụ, hàng không, quân sự, y tế và hạt nhân các ngành công nghiệp, vv Nhiều lĩnh vực.
Nhiều lợi thế của kim loại vonfram cũng gây khó khăn cho quá trình gia công. Điểm nóng chảy của vonfram nguyên chất cao tới 3410 độ C. Mặc dù điểm nóng chảy của hợp kim vonfram thấp hơn, nhưng chúng đều là kim loại chịu lửa, rất khó sản xuất bằng phương pháp thông thường. Nói chung, hợp kim vonfram và vonfram có thể được xử lý thành vật liệu bằng cách tạo phôi, đùn, rèn, cán, kéo sợi và luyện kim bột thành vật liệu, nhưng chi phí xử lý cao và tốn thời gian, và độ phức tạp về cấu trúc của các bộ phận có thể được sản xuất có giới hạn.
Trong những năm gần đây, công nghệ in 3D đã cung cấp một phương tiện để sản xuất kim loại vonfram và việc sản xuất vật liệu này đã được khám phá bằng cách sử dụng các quy trình in 3D khác nhau như SLM, BJ, ép đùn FDM và DLP, dựa trên sự nóng chảy trực tiếp. và thiêu kết. tính khả thi. Các công ty sản xuất cacbua xi măng hy vọng rằng công nghệ mới này có thể mở ra một cách mới để sản xuất kim loại vonfram và các nhà sản xuất thiết bị in 3D chính thống cũng đã tích cực khám phá quy trình tạo hình của kim loại vonfram và bày tỏ rằng họ đã tạo ra những bước đột phá.
In 3D laser trực tiếp, dựa trên sự nóng chảy
Nung chảy laser chọn lọc (SLM/L-PBF) là một trong những kỹ thuật sản xuất bồi đắp thành công nhất để sản xuất các bộ phận chức năng có chất lượng cao và độ chính xác cao. Trong những năm qua, các nhà sản xuất in 3D kim loại nổi tiếng ở Trung Quốc đã tuyên bố rằng họ đã chinh phục được công nghệ in 3D bằng tia laser của vonfram và hiện thực hóa thành công ứng dụng này. Các ví dụ được đưa ra đều là lưới vonfram dùng trong y tế và có rất ít lưới bền vững. báo cáo.
Vấn đề lớn nhất đối với công nghệ dựa trên tia laser là sự tồn tại của chênh lệch nhiệt độ, dễ dẫn đến ứng suất dư và gây nứt vỡ. Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore đã chỉ ra rằng trong các nghiên cứu in 3D trên vonfram, mật độ cao hơn 98% đã được báo cáo, nhưng sự hình thành các vết nứt nhỏ là không thể tránh khỏi. Tài liệu tham khảo về công nghệ in 3D đã tìm hiểu về các nhà nghiên cứu từ một số đơn vị tham gia nghiên cứu vật liệu này. Lưới vonfram tương đối dễ in. Mặc dù độ bền không cao nhưng chúng có thể đáp ứng các yêu cầu y tế về che chắn bức xạ. Rất dễ bị nứt trong quá trình in.
Việc in laser vonfram có thể được cải thiện thông qua hợp kim hóa và tối ưu hóa quy trình, nhưng cả hai phương pháp đều đạt được thành công hạn chế. Đối với hợp kim vonfram mật độ cao, do sự đa dạng của các thành phần, tính chất rất khác nhau, điểm nóng chảy thay đổi lên đến 2400 độ và áp suất hơi bão hòa của từng nguyên tố là khác nhau. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Thiên Tân và Đại học Trung Nam cũng chỉ ra rằng rất khó để đảm bảo khả năng kiểm soát của các thành phần trong hợp kim vonfram bằng cách sử dụng SLM và cũng khó sản xuất hợp kim vonfram mật độ đầy đủ với các tính chất cơ học tuyệt vời.
Không còn nghi ngờ gì nữa, việc sử dụng tia laser để sản xuất lưới vonfram là một bước đột phá quan trọng và là ứng dụng thành công nhất của phương pháp nung chảy trực tiếp bằng laser, nhưng ứng dụng của vonfram không chỉ dành cho lưới điện.
In 3D gián tiếp, dựa trên thiêu kết
In 3D gián tiếp dựa trên thiêu kết cung cấp một phương pháp xử lý khác để tạo thành vật liệu kim loại vonfram. Các quy trình chính bao gồm ép đùn, xử lý bằng ánh sáng và phun chất kết dính. Các quy trình này trước tiên sẽ tạo thành phần trống, sau đó sử dụng quy trình luyện kim bột truyền thống để thực hiện quá trình thiêu kết và cô đặc kim loại vonfram.
In ép đùn bột (Powder Extrusion printing, PEP) là một ví dụ, công nghệ này không có yêu cầu nghiêm ngặt về độ cầu và tính lưu động của bột ban đầu, bằng cách nung nóng các viên bột trộn với bột kim loại và chất kết dính polymer thành một chất lỏng sệt nóng chảy, và lắng đọng nó từng lớp để tạo ra một cơ thể màu xanh lá cây, sau khi tẩy dầu mỡ và thiêu kết, một bộ phận hợp kim có cấu trúc mong muốn và hiệu suất cao có thể được hình thành.
Hợp kim vonfram cơ thể màu xanh lá cây
Hợp kim vonfram sau khi thiêu kết
Việc sử dụng công nghệ in 3D gián tiếp đùn bột nóng chảy có một số lợi thế nhất định trong việc in các bộ phận hợp kim vonfram, giúp sản xuất các bộ phận kết cấu có hình dạng gần như lưới. Hơn nữa, quy trình tạo hình này đơn giản, không cần thiết bị laser, chi phí đầu vào thiết bị và vật liệu thấp. Nó phù hợp cho các vật liệu bột được sử dụng trong luyện kim bột và có các đặc tính tạo hình ở nhiệt độ thấp và tạo hình ở nhiệt độ cao.
tóm tắt
Mỗi quy trình đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc sản xuất các khối kim loại vonfram trực tiếp bằng tia laser hiện nay có những thiếu sót trong việc tạo vết nứt và hình thành, và kế hoạch ép đùn và thiêu kết rất khó để sản xuất các cấu trúc lưới có thành mỏng.