텅스텐은 높은 융점, 고밀도, 높은 열전도율 및 적당한 열팽창과 같은 우수한 열역학적 특성으로 인해 고온 응용 분야에 적합한 소재입니다. 또한 밀도가 높고 스퍼터링 침식률이 매우 낮아 방사선 또는 기타 극한 환경에 적합하며 항공 우주, 항공, 군사, 의료 및 원자력을 다루는 도파관, 콜리메이터, 원자로 플라즈마 표면 구성 요소 등을 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 산업 등 많은 분야.
텅스텐 금속의 광범위한 장점으로 인해 가공하기가 어렵습니다. 순수한 텅스텐의 녹는점은 섭씨 3410도로 높습니다. 텅스텐 합금은 녹는점이 낮아지지만 모두 내화성 금속으로 기존의 방법으로는 제조하기 어려웠다. 일반적으로 텅스텐 및 텅스텐 합금은 분말 야금 블랭크 제작, 압출, 단조, 압연, 방적 및 드로잉을 통해 재료로 가공할 수 있지만 가공 비용이 높고 시간이 많이 소요되며 제조할 수 있는 부품의 구조적 복잡성이 있습니다. 제한됩니다.
최근 몇 년 동안 3D 프린팅 기술은 텅스텐 금속 제조를 위한 수단을 제공했으며 직접 용융을 기반으로 하는 SLM, BJ, FDM 압출 및 DLP와 같은 다양한 3D 프린팅 프로세스를 사용하여 이 재료의 제조가 탐색되었습니다. 및 소결. 실행할 수 있음. 초경합금 제조 회사는 이 새로운 기술이 텅스텐 금속 제조의 새로운 길을 열 수 있기를 희망하며 주류 3D 프린팅 장비 제조업체도 텅스텐 금속의 성형 공정을 적극적으로 탐색하고 획기적인 발전을 이루었다고 표현했습니다.
용융 기반의 직접 레이저 3D 프린팅
선택적 레이저 용융(SLM/L-PBF)은 고정밀 및 고품질 기능성 부품을 생산하기 위한 가장 성공적인 적층 제조 기술 중 하나입니다. 수년 동안 중국의 유명한 금속 3D 프린팅 제조업체는 텅스텐의 레이저 3D 프린팅을 정복하고 응용 프로그램을 성공적으로 실현했다고 밝혔습니다. 주어진 예는 모두 의료용 텅스텐 그리드이며 지속 가능한 그리드는 거의 없습니다. 보고합니다.
레이저 기반 기술의 가장 큰 문제는 쉽게 잔류 응력으로 이어지고 균열을 일으킬 수 있는 온도 구배가 존재한다는 것입니다. 로렌스 리버모어 국립 연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)의 연구원들은 텅스텐에 대한 3D 프린팅 연구에서 98% 이상의 고밀도가 보고되었지만 미세 균열의 형성은 피할 수 없다고 지적했습니다. 3D 프린팅 기술 참조는 이 재료의 연구에 종사하는 여러 단위의 연구원에 대해 배웠습니다. 텅스텐 그리드는 상대적으로 인쇄하기 쉽습니다. 강도는 높지 않지만 방사선 차폐에 대한 의료 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 인쇄 중에 크랙이 발생하기 매우 쉽습니다.
텅스텐의 레이저 인쇄는 합금화 및 공정 최적화를 통해 개선될 수 있지만 두 접근 방식 모두 제한적인 성공을 거두었습니다. 고밀도 텅스텐 합금의 경우 구성 요소의 다양성으로 인해 특성이 크게 달라지고 융점이 최대 2400도까지 변하며 각 원소의 포화 증기압이 다릅니다. Tianjin University와 Central South University의 연구원들은 또한 SLM을 사용하여 텅스텐 합금 구성 요소의 제어 가능성을 보장하기 어렵고 우수한 기계적 특성을 가진 전체 밀도 텅스텐 합금을 제조하는 것도 어렵다고 지적했습니다.
의심할 여지 없이 레이저를 사용하여 텅스텐 그리드를 제조하는 것은 획기적인 발전이며 직접 레이저 용융을 가장 성공적으로 적용한 것입니다. 그러나 텅스텐을 그리드에만 적용하는 것은 아닙니다.
소결 기반 간접 3D 프린팅
소결을 기반으로 하는 간접 3D 인쇄는 텅스텐 금속 재료를 형성하는 또 다른 처리 방법을 제공합니다. 주요 공정에는 압출, 광중합 및 바인더 분사가 포함됩니다. 이러한 공정은 먼저 부품의 블랭크를 형성한 다음 전통적인 분말 야금 공정을 사용하여 텅스텐 금속의 소결 및 치밀화를 실현하는 것입니다.
분말 압출 인쇄(Powder Extrusion printing, PEP)가 한 예이며, 이 기술은 금속 분말과 폴리머 바인더가 혼합된 펠릿을 용융 페이스트 유체로 가열하고 증착함으로써 원래 분말의 구형도 및 유동성에 대한 엄격한 요구 사항이 없습니다. 탈지 및 소결 후 녹색 본체를 생성하기 위해 층별로 원하는 구조와 고성능을 가진 합금 부품을 형성할 수 있습니다.
텅스텐 합금 그린 바디
소결 후 텅스텐 합금
분말 용융 압출 간접 3D 인쇄 기술을 사용하면 텅스텐 합금 부품을 인쇄할 때 확실한 이점이 있어 거의 그물 모양의 구조 부품을 제조할 수 있습니다. 또한, 이 성형 공정은 간단하고 레이저 장치가 필요하지 않으며 장비 및 재료 투입 비용이 낮습니다. 분말 야금에 사용되는 분말 재료에 적합하며 저온 성형 및 고온 성형의 특성을 가지고 있습니다.
요약하다
각 프로세스에는 고유한 장점과 단점이 있습니다. 텅스텐 금속 블록의 현재 직접 레이저 제조는 균열 및 성형에 결함이 있으며 압출 및 소결 방식은 벽이 얇은 그리드 구조를 제조하기 어렵습니다.