采用電子束熔融技術3D打印鎢絲元件。圖片:Markus Breig, KIT

鎢具有許多優良的性能。它耐腐蝕，其熔點為3422°C，是所有金屬中最高的，因此使其成為在極端溫度下工作的組件的理想材料。但是，存在一個問題：它在室溫下非常脆，這意味著很難使用常規技術進行處理。

德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的研究人員通過采用一種名為電子束熔融技術(EBM)的增材制造技術來解決鎢加工中的問題，從而解決了這一問題。由此產生的無裂紋金屬可用于高溫部件，如火箭噴嘴、熔爐加熱元件或聚變反應堆和醫學成像系統的部件。

增材制造

由應用材料科學與工程研究所(IAM-WK)的Steffen Antusch領導的KIT研究人員已經研究了幾種使用增材制造(也被稱為3D打印)來制造鎢組件的方法，這些方法幾乎不需要后期加工。在他們最新的工作中，他們使用EBM來減少加工過程中鎢的應變，從而生產出無裂紋且易于處理的柔軟材料。

EBM技術使用在真空中加速的電子來熔化金屬粉末。通過移動電子束，可以以疊加方式(即逐層)從金屬中產生3D分量。該技術最初是為需要高加工溫度的鈦合金和材料開發的。

預熱可以減少變形和固有應力

為了用鎢制造出3D打印的零件，安圖施和他的同事們使用EBM機器中的電子束在熔化鎢金屬粉末之前對其進行預熱。研究人員解釋說，這種預熱過程減少了金屬的變形和固有應力，從而實現了對在室溫下容易破裂但在高溫下會變形的材料的加工。

Antusch告訴《物理世界》，與激光打印等其他技術相比，這種新方法在生產無裂紋鎢方面要好得多。與粉末注射成型(另一種廣泛應用的用于制造復雜、大批量凈形部件的先進制造技術)不同，Antusch指出，這種新方法“不需要昂貴的工具，可以自由設計印刷部件”。

IAM-WK研究人員參與了Helmholtz協會和歐洲聚變方案(EUROfusion)的工作，其長期目標是開發用于聚變能源和醫療工程中的高溫應用的材料和工藝(例如為CT掃描儀制造部件)。他們現在計劃表征并測試用于此類應用的印刷鎢材料的機械性能。