El tungsteno es el material elegido para aplicaciones de alta temperatura debido a sus buenas propiedades termomecánicas, como alto punto de fusión, alta densidad, alta conductividad térmica y expansión térmica moderada. Además, su alta densidad y su tasa de erosión por pulverización extremadamente baja lo hacen adecuado para la radiación u otros entornos extremos y se puede utilizar para fabricar guías de ondas, colimadores, componentes de superficie de plasma de reactores nucleares, etc., que cubren la industria aeroespacial, de aviación, militar, médica y nuclear. industrias, etc. Muchos campos.
La amplia gama de ventajas del metal de tungsteno también dificulta su procesamiento. El punto de fusión del tungsteno puro es tan alto como 3410 grados Celsius. Aunque el punto de fusión de la aleación de tungsteno se reduce, todos son metales refractarios, que son difíciles de fabricar por métodos convencionales. En general, el tungsteno y las aleaciones de tungsteno se pueden procesar en materiales mediante la fabricación de piezas en bruto de pulvimetalurgia, extrusión, forjado, laminado, hilado y estirado, pero el costo de procesamiento es alto y requiere mucho tiempo, y la complejidad estructural de las piezas que se pueden fabricar está limitado.
En los últimos años, la tecnología de impresión 3D ha proporcionado un medio para la fabricación de metal de tungsteno, y se ha explorado la fabricación de este material utilizando diferentes procesos de impresión 3D como SLM, BJ, extrusión FDM y DLP, que se basan en la fusión directa. y sinterizado. factibilidad. Las empresas de fabricación de carburo cementado esperan que esta nueva tecnología pueda abrir una nueva vía para la fabricación de metal de tungsteno, y los principales fabricantes de equipos de impresión 3D también han explorado activamente el proceso de formación de metal de tungsteno y han expresado que han logrado avances.
Impresión 3D láser directa basada en fusión
La fusión selectiva por láser (SLM/L-PBF) es una de las técnicas de fabricación aditiva más exitosas para producir piezas funcionales de alta precisión y calidad. A lo largo de los años, conocidos fabricantes de impresión 3D de metal en China han afirmado que han conquistado la impresión 3D láser de tungsteno y han realizado con éxito la aplicación. Los ejemplos dados son todos rejillas de tungsteno para uso médico, y hay pocas sostenibles. informes.
El mayor problema con la tecnología basada en láser es la existencia de gradientes de temperatura, que pueden conducir fácilmente a tensión residual y causar grietas. Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore señalaron que en estudios de impresión 3D sobre tungsteno, se han reportado altas densidades superiores al 98 por ciento, pero la formación de microfisuras es inevitable. La tecnología de impresión 3D de referencia ha conocido a investigadores de varias unidades dedicadas a la investigación de este material. Las rejillas de tungsteno son relativamente fáciles de imprimir. Aunque la fuerza no es alta, pueden cumplir con los requisitos médicos para la protección contra la radiación. Muy fácil de romper durante la impresión.
La impresión láser de tungsteno se puede mejorar mediante la aleación y la optimización del proceso, pero ambos enfoques han tenido un éxito limitado. Para las aleaciones de tungsteno de alta densidad, debido a la variedad de componentes, las propiedades varían mucho, el punto de fusión varía hasta 2400 grados y la presión de vapor saturado de cada elemento es diferente. Investigadores de la Universidad de Tianjin y la Universidad Central del Sur también señalaron que es difícil garantizar la capacidad de control de los componentes en aleaciones de tungsteno mediante el uso de SLM, y también es difícil fabricar aleaciones de tungsteno de densidad completa con excelentes propiedades mecánicas.
Sin duda, el uso del láser para fabricar rejillas de tungsteno es un gran avance y la aplicación más exitosa de la fusión directa por láser, pero la aplicación del tungsteno no es solo para rejillas.
Impresión 3D indirecta basada en sinterización
La impresión 3D indirecta basada en la sinterización proporciona otro método de procesamiento para formar materiales metálicos de tungsteno. Los principales procesos incluyen extrusión, fotopolimerización y chorro de aglomerante. Estos procesos son para formar primero el blanco de la pieza y luego usar el proceso tradicional de pulvimetalurgia para realizar la sinterización y densificación del metal de tungsteno.
La impresión por extrusión de polvo (impresión por extrusión de polvo, PEP) es un ejemplo, esta tecnología no tiene requisitos estrictos sobre la esfericidad y la fluidez del polvo original, al calentar los gránulos mezclados con polvo de metal y aglutinante de polímero en un líquido de pasta fundida, y depositando capa por capa para producir un cuerpo verde, después de desengrasar y sinterizar, se puede formar una pieza de aleación con la estructura deseada y alto rendimiento.
Cuerpo verde de aleación de tungsteno
Aleación de tungsteno después de la sinterización
El uso de la tecnología de impresión 3D indirecta por extrusión de fusión en polvo tiene ciertas ventajas en la impresión de piezas de aleación de tungsteno, lo que hace posible la fabricación de piezas estructurales de forma casi neta. Además, este proceso de formación es simple, no requiere dispositivos láser y tiene bajos costos de entrada de materiales y equipos. Es adecuado para materiales en polvo utilizados en la pulvimetalurgia y tiene las características de conformado a baja temperatura y conformado a alta temperatura.
Resumir
Cada proceso tiene sus propias ventajas y desventajas. La fabricación láser directa actual de bloques de metal de tungsteno tiene deficiencias en el agrietamiento y la formación, y el esquema de extrusión y sinterización es difícil de fabricar estructuras de rejilla de paredes delgadas.