脆いタングステン金属成形、電子ビーム溶解3D印刷技術「小さな蓮は鋭い角だけを見せる」

タングステンの融点は、摂氏3,422度で、すべての金属元素の中で最も高い。 密度（19.3g/cm3）が高く、硬度も高く、例えば炭化タングステンはダイヤモンドに近い硬度です。 また、タングステンは電気・熱伝導性に優れ、膨張係数が小さいなどの特徴を持っているため、合金、電子、化学などの分野で広く使用されており、中でも超硬合金はタングステンの最大の消費分野です。

タングステン金属は典型的な高融点金属であり、材料を形成するのが難しく、金属の 3D 印刷技術による加工が困難です。 3D Science Valley の市場観察によると、少数の企業が現在、粉末床プロセスベースの電子ビーム溶解 (EBM) および選択的レーザー溶解 (SLM) 3D 印刷技術を使用して、純粋なタングステンおよびタングステン合金の製造を検討しています。これらの技術のうち、直接金属 3D 印刷技術です。

小さな蓮はその鋭い角を示しています

タングステン材料は、宇宙ロケットのノズル、高温炉の発熱体、核融合炉などの高温での使用に非常に適しています。ただし、タングステン金属は非常に脆いため、処理が困難です。 3D Science Valley の市場観察によると、KIT の研究者は、この脆い材料を柔らかくする革新的な方法を開発しました。タングステンを処理するために、彼らは新しい電子ビーム溶解プロセスのパラメータを決定しました。

タングステン金属は、室温では非常に脆いです。その特性により、タングステンは従来の方法では加工が困難です。処理には費用と時間がかかります。 Helmholtz Association、EUROfusion、European Fusion Programの研究プロジェクトの支援により、電子ビーム溶解（略してEBM）によるタングステン部品の積層造形に成功、KIT Institute of Applied Materials-Material Science and Engineering（IAM-WK） EBM プロセスがタングステンに適用され、特定のプロセス パラメータが開発されました。



/亀裂と戦う

3D サイエンス バレーの市場理解によると、タングステン コンポーネントの 3D 印刷が可能になりました。タングステン金属は多くの分野で使用でき、その特殊な特性により、エネルギーおよび光技術、航空宇宙産業、医療工学における高温用途に非常に適しています。現代のハイテク産業には不可欠です。

EBM 積層造形法は、真空下で加速された電子によって金属粉末を選択的に溶融することで、層ごとに積層的に 3 次元成分を生成します。この方法の主な利点の 1 つは、使用されるエネルギー源、つまり電子ビームです。金属粉末とキャリア プレートは、溶融前に予熱することができるため、変形や内部応力が軽減されます。常温では割れやすく、高温では変形しやすい素材の加工が可能です。

3D Science Valley の市場調査によると、一方では EBM によるタングステン合金の積層造形が有効な方法であり、他方で LPBF は粉末床レーザー積層造形技術、ローレンス リバモア国立研究所 (LLNL) に基づいています。の科学者は、タングステン 3D プリントのマイクロクラックの形成と原因を特徴付けるための研究を実施し、熱機械シミュレーションと粉末床レーザー溶融金属 3D プリント プロセス中に撮影された高速ビデオを組み合わせました。リアルタイムでタングステン金属の靭性を観察する. 脆性遷移 (DBT) に至るまで、金属が加熱および冷却されるにつれて、マイクロクラックがどのように開始および拡大するかを観察しました。研究チームは、マイクロクラック現象を残留応力、ひずみ速度、温度などの変数と相関させ、DBT がクラックの原因であることを確認することができました。

／商品化進行中の場合

3D Science Valley の市場観察によると、タングステン金属 3D 印刷の商品化プロセスに関して、世界的なタングステン粉末メーカー GTP は、以前のタングステン合金 3D 印刷粉末とは異なる 2 つのタングステン合金粉末の研究開発を進めています。はい、これら 2 つのタングステン合金材料は、バインダー ジェッティングの間接金属 3D 印刷技術で使用されます。

GTP は、EBM および SLM 金属 3D 印刷用のタングステン合金粉末も提供しており、粉末の開発と同時に、タングステン合金材料の 3D 印刷プロセス パラメータも研究してきました。 GTP は、「直接金属レーザー焼結/タングステン粉末の選択されたレーザー溶融」というタイトルのパートナーと研究を実施しました。その目的は、複雑な部品の製造にとって非常に重要なタングステン粉末の高密度化に影響を与える主要なプロセス パラメータを決定することです。良好な機械的特性を備えています。研究チームは、選択的レーザー溶融 3D 印刷の原料として、低見掛け密度または低球状粉末の実現可能性も調査しました。

アプリケーションに関しては、3D Science Valley の市場観察によると、医療画像の巨人である GE は、金属 3D 印刷技術によってタングステン メタル コリメータも開発しました。さらに、GE の積層造形部門は、ニッケルなどの高温材料を製造できる EBM を提供しています。ベースの超合金とタングステン 3D 印刷技術。 3D Science Valley の市場調査によると、純タングステンまたはタングステン合金の 3D 印刷の商用アプリケーションに関して、フィリップスの医療用画像要素メーカーの Smit Röntgen は、SLM 3D Print などの金属 3D 印刷装置を使用して一連の純タングステン部品を製造しています。 X線装置のピンホールコリメータ部品を製造しています。 3D プリンティングは、薄肉の部品を生成するのに非常に効果的で、コリメーション開口部の角度と形状に大きな製造上の自由度をもたらします。

国内企業では、Xi'an Bright や Hunan Yishu Intelligent Manufacturing などのいくつかの企業も、タングステン金属材料の積層造形のアプリケーションを開発しています。 Blite は SLM 3D 印刷装置を使用してタングステン合金の 3D プリント部品を開発し、部品全体が最小肉厚わずか 0.1mm の薄肉構造を採用しています。 EBM 3D 印刷技術に基づいて、湖南宜寿インテリジェント マニュファクチャリングは、WC-Co 超硬合金層 - ダイヤモンド複合材料の成分と材料の積層造形プロセス パラメータに関する研究を実施しました.この技術は、超硬工具コーティングの剥離の問題を解決することを目的としています。 , 積層造形技術と材料を使用して、ダイヤモンド コーティング材料と WC-Co 超硬合金層の化学結合を実現します。