3D打印的新纪元？钨्स्टन打印实现重大里程碑

日本 - 艾赫巴里通讯社

3D打印的新纪元？钨्स्टन打印实现重大里程碑

3D打印或增材制造的世界长期以来一直与塑料相关联，使得从复杂的原型到个性化的消费品等一切产品的制造成为可能。尽管金属3D打印取得了显著进展，但打印钨्स्टन碳化物等超硬材料仍然是一个艰巨的挑战。这主要是由于熔化这些金属所需的高温，可能导致不良化学反应、结构退化以及在冷却过程中产生裂缝和孔隙等缺陷。然而，来自日本广岛大学的一项革命性发展，正准备重新定义金属增材制造的可能性。

广岛大学的研究人员成功展示了一种新颖的钨铪碳化物（Tungsten Carbide Cobalt）3D打印方法。这种材料以其卓越的硬度和耐磨性而闻名，对于切割工具、采矿和航空航天领域的应用至关重要。核心创新在于放弃了传统的完全熔化方法。相反，新工艺仅将钨铪碳化物精确加热到软化的程度，使其变得足够有延展性，可以逐层精确沉积和粘合。这种受控的软化过程保留了材料固有的结构完整性，绕过了快速加热和冷却循环带来的常见问题。

该技术采用了一种复杂系统，包括激光和加热丝。这种组合在打印过程中精确地瞄准并软化固态的碳化物棒。为了进一步增强层间附着力和结构可靠性，在打印层之间战略性地放置了薄镍合金层。通过避免完全熔化，由此产生的打印部件表现出与早期打印此类硬金属的尝试中普遍存在的缺陷显著不同的特性。对材料状态的这种细致控制是实现卓越机械性能的关键。

这项突破的意义是巨大的。根据研究人员的报告，最终的3D打印钨铪碳化物材料达到了超过1400HV的硬度。这种在不引入缺陷或分解的情况下实现的卓越硬度，使打印材料能够与蓝宝石和钻石等以坚硬著称的物质直接竞争。钨铪碳化物已经是高性能切割和建筑工具的基础材料，因其能够承受极端磨损和应力而备受青睐。传统上，这些工具是通过对实心材料块进行塑形来制造的，这是一个减材过程，不可避免地会导致大量的材料浪费。

能够直接以无缺陷的方式3D打印工业级碳化物，有望彻底改变制造过程。它提供了双重优势：大幅减少材料浪费，实现更可持续的生产；以及能够制造更接近最终所需形状的零件，最大限度地减少后期处理的需求。这不仅节省了时间和资源，而且能够创造出用传统方法难以或不可能实现的复杂几何形状。“通过软化而不是完全熔化来形成金属材料的方法是新颖的，”广岛大学高等科学与工程研究生院助理教授Keita Marumoto表示。“它不仅有可能应用于本研究的重点——固结碳化物，也可能应用于其他材料。”

尽管取得了重大进展，研究人员承认这项技术的大规模应用并非迫在眉睫。目前的局限性包括某些打印场景下出现的裂纹问题以及生产高度复杂形状的困难。总的来说，与塑料打印相比，金属3D打印仍然是一个更慢、更昂贵、更难控制的过程。为了减轻裂纹问题并扩大复杂部件的设计自由度，需要对打印过程进行进一步的改进。这种“软化代替熔化”方法的真正价值，最终将取决于其可扩展性、可靠性以及适应各种实际制造环境的能力。

尽管如此，这一里程碑标志着增材制造的一个关键时刻。它展示了一种克服超硬金属打印中长期存在的挑战的可行途径。随着研究的进展和工艺的进一步优化，利用3D打印钨铪碳化物进行先进工业应用的前景正日益接近现实，并可能预示着材料创新和制造效率的新时代。

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