O tungstênio é o material de escolha para aplicações de alta temperatura devido às suas boas propriedades termomecânicas, como alto ponto de fusão, alta densidade, alta condutividade térmica e expansão térmica moderada. Além disso, sua alta densidade e taxa de erosão catódica extremamente baixa o tornam adequado para radiação ou outros ambientes extremos e pode ser usado para fabricar guias de onda, colimadores, componentes de superfície de plasma de reator nuclear, etc., abrangendo aeroespacial, aviação, militar, médico e nuclear indústrias, etc. Muitos campos.
A ampla gama de vantagens do metal de tungstênio também dificulta o processamento. O ponto de fusão do tungstênio puro é tão alto quanto 3410 graus Celsius. Embora o ponto de fusão da liga de tungstênio seja reduzido, todos são metais refratários, difíceis de fabricar por métodos convencionais. Geralmente, as ligas de tungstênio e tungstênio podem ser transformadas em materiais por metalurgia do pó, extrusão, forjamento, laminação, fiação e trefilação, mas o custo de processamento é alto e demorado, e a complexidade estrutural das peças que podem ser fabricadas é limitado.
Nos últimos anos, a tecnologia de impressão 3D forneceu um meio para a fabricação de tungstênio metálico, e a fabricação desse material foi explorada usando diferentes processos de impressão 3D, como SLM, BJ, extrusão FDM e DLP, que são baseados em fusão direta e sinterização. viabilidade. As empresas de fabricação de metal duro esperam que esta nova tecnologia possa abrir um novo caminho para a fabricação de metal de tungstênio, e os principais fabricantes de equipamentos de impressão 3D também exploraram ativamente o processo de formação de metal de tungstênio e expressaram que fizeram avanços.
Impressão 3D a laser direta baseada em fusão
A fusão a laser seletiva (SLM/L-PBF) é uma das técnicas de manufatura aditiva de maior sucesso para a produção de peças funcionais de alta precisão e alta qualidade. Ao longo dos anos, fabricantes de impressão 3D de metal bem conhecidos na China declararam que conquistaram a impressão 3D a laser de tungstênio e realizaram com sucesso a aplicação. Os exemplos dados são todos grades de tungstênio para uso médico, e há poucas sustentáveis. relatórios.
O maior problema com a tecnologia baseada em laser é a existência de gradientes de temperatura, que podem facilmente levar a tensões residuais e causar trincas. Pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory apontaram que em estudos de impressão 3D em tungstênio, altas densidades superiores a 98% foram relatadas, mas a formação de microfissuras é inevitável. A referência em tecnologia de impressão 3D tomou conhecimento de pesquisadores de diversas unidades engajadas na pesquisa desse material. Grades de tungstênio são relativamente fáceis de imprimir. Embora a força não seja alta, eles podem atender aos requisitos médicos para proteção contra radiação. Muito fácil de quebrar durante a impressão.
A impressão a laser de tungstênio pode ser melhorada por meio de ligas e otimização de processos, mas ambas as abordagens tiveram sucesso limitado. Para ligas de tungstênio de alta densidade, devido à variedade de componentes, as propriedades variam muito, o ponto de fusão varia até 2400 graus e a pressão de vapor saturado de cada elemento é diferente. Pesquisadores da Universidade de Tianjin e da Central South University também apontaram que é difícil garantir a controlabilidade dos componentes em ligas de tungstênio usando SLM, e também é difícil fabricar ligas de tungstênio de densidade total com excelentes propriedades mecânicas.
Sem dúvida, o uso do laser para fabricar grades de tungstênio é um avanço significativo e a aplicação mais bem-sucedida da fusão direta a laser, mas a aplicação do tungstênio não é apenas para grades.
Impressão 3D indireta baseada em sinterização
A impressão 3D indireta baseada na sinterização fornece outro método de processamento para formar materiais metálicos de tungstênio. Os principais processos incluem extrusão, fotopolimerização e jateamento de ligantes. Esses processos são para formar a peça em branco primeiro e, em seguida, usar o processo tradicional de metalurgia do pó para realizar a sinterização e densificação do metal de tungstênio.
A impressão por extrusão de pó (impressão por extrusão de pó, PEP) é um exemplo, esta tecnologia não possui requisitos estritos sobre a esfericidade e fluidez do pó original, aquecendo os grânulos misturados com pó de metal e aglutinante de polímero em um fluido de pasta fundida e depositando camada por camada para produzir um corpo verde, após desengorduramento e sinterização, pode ser formada uma peça de liga com a estrutura desejada e alto desempenho.
Corpo verde de liga de tungstênio
Liga de tungstênio após sinterização
O uso da tecnologia de impressão 3D indireta por extrusão de pó fundido tem certas vantagens na impressão de peças de liga de tungstênio, possibilitando a fabricação de peças estruturais com formato quase líquido. Além disso, esse processo de conformação é simples, não requer dispositivos a laser e possui baixo custo de equipamentos e insumos. É adequado para materiais em pó usados na metalurgia do pó e tem as características de conformação em baixa temperatura e conformação em alta temperatura.
Resumir
Cada processo tem suas próprias vantagens e desvantagens. A atual fabricação direta a laser de blocos de metal de tungstênio apresenta deficiências em rachaduras e formação, e o esquema de extrusão e sinterização é difícil de fabricar estruturas de grade de paredes finas.