Le tungstène est le matériau de choix pour les applications à haute température en raison de ses bonnes propriétés thermomécaniques telles qu'un point de fusion élevé, une densité élevée, une conductivité thermique élevée et une dilatation thermique modérée. De plus, sa haute densité et son taux d'érosion par pulvérisation extrêmement faible le rendent adapté aux rayonnements ou à d'autres environnements extrêmes et peut être utilisé pour fabriquer des guides d'ondes, des collimateurs, des composants de surface de plasma de réacteur nucléaire, etc., couvrant l'aérospatiale, l'aviation, l'armée, le médical et le nucléaire. industries, etc. De nombreux domaines.
Le large éventail d'avantages du tungstène métallique le rend également difficile à traiter. Le point de fusion du tungstène pur est aussi élevé que 3410 degrés Celsius. Bien que le point de fusion de l'alliage de tungstène soit abaissé, ce sont tous des métaux réfractaires, difficiles à fabriquer par les méthodes conventionnelles. Généralement, le tungstène et les alliages de tungstène peuvent être transformés en matériaux par la fabrication d'ébauches par métallurgie des poudres, l'extrusion, le forgeage, le laminage, le repoussage et l'étirage, mais le coût de traitement est élevé et prend du temps, et la complexité structurelle des pièces qui peuvent être fabriquées est limité.
Ces dernières années, la technologie d'impression 3D a fourni un moyen pour la fabrication de métal de tungstène, et la fabrication de ce matériau a été explorée à l'aide de différents procédés d'impression 3D tels que SLM, BJ, extrusion FDM et DLP, qui sont basés sur la fusion directe. et frittage. faisabilité. Les entreprises de fabrication de carbure cémenté espèrent que cette nouvelle technologie pourra ouvrir une nouvelle voie pour la fabrication de tungstène métallique, et les principaux fabricants d'équipements d'impression 3D ont également activement exploré le processus de formation du tungstène métallique et ont déclaré qu'ils avaient fait des percées.
Impression 3D laser directe basée sur la fusion
La fusion laser sélective (SLM/L-PBF) est l'une des techniques de fabrication additive les plus performantes pour produire des pièces fonctionnelles de haute précision et de haute qualité. Au fil des ans, des fabricants d'impression 3D métal bien connus en Chine ont déclaré qu'ils avaient conquis l'impression 3D laser de tungstène et réalisé avec succès l'application. Les exemples donnés sont tous des grilles en tungstène à usage médical, et il y en a peu de durables. rapports.
Le plus gros problème de la technologie laser est l'existence de gradients de température, qui peuvent facilement entraîner des contraintes résiduelles et provoquer des fissures. Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory ont souligné que dans les études d'impression 3D sur le tungstène, des densités élevées supérieures à 98 % ont été signalées, mais la formation de microfissures est inévitable. La référence en matière de technologie d'impression 3D a pris connaissance des chercheurs de plusieurs unités engagées dans la recherche de ce matériau. Les grilles de tungstène sont relativement faciles à imprimer. Bien que la résistance ne soit pas élevée, ils peuvent répondre aux exigences médicales en matière de protection contre les rayonnements. Très facile à craquer lors de l'impression.
L'impression laser du tungstène peut être améliorée grâce à l'alliage et à l'optimisation des processus, mais les deux approches ont eu un succès limité. Pour les alliages de tungstène à haute densité, en raison de la variété des composants, les propriétés varient considérablement, le point de fusion varie jusqu'à 2400 degrés et la pression de vapeur saturée de chaque élément est différente. Des chercheurs de l'Université de Tianjin et de l'Université Central South ont également souligné qu'il est difficile d'assurer la contrôlabilité des composants dans les alliages de tungstène en utilisant le SLM, et qu'il est également difficile de fabriquer des alliages de tungstène à pleine densité avec d'excellentes propriétés mécaniques.
Sans aucun doute, l'utilisation du laser pour fabriquer des grilles de tungstène est une percée significative et l'application la plus réussie de la fusion laser directe, mais l'application du tungstène n'est pas seulement pour les grilles.
Impression 3D indirecte basée sur le frittage
L'impression 3D indirecte basée sur le frittage fournit une autre méthode de traitement pour former des matériaux métalliques en tungstène. Les principaux processus comprennent l'extrusion, la photopolymérisation et le jet de liant. Ces procédés consistent à former d'abord l'ébauche de la pièce, puis à utiliser le procédé traditionnel de métallurgie des poudres pour réaliser le frittage et la densification du tungstène métallique.
L'impression par extrusion de poudre (impression par extrusion de poudre, PEP) en est un exemple, cette technologie n'a pas d'exigences strictes sur la sphéricité et la fluidité de la poudre d'origine, en chauffant les granulés mélangés avec de la poudre métallique et du liant polymère dans une pâte fondue Fluide, et en déposant couche par couche pour produire un corps vert, après dégraissage et frittage, une pièce en alliage avec la structure souhaitée et des performances élevées peut être formée.
Corps vert en alliage de tungstène
Alliage de tungstène après frittage
L'utilisation de la technologie d'impression 3D indirecte par extrusion de poudre fondue présente certains avantages dans l'impression de pièces en alliage de tungstène, permettant de fabriquer des pièces structurelles de forme quasi nette. De plus, ce processus de formage est simple, ne nécessite pas de dispositifs laser et a de faibles coûts d'équipement et d'entrée de matériau. Il convient aux matériaux en poudre utilisés dans la métallurgie des poudres et présente les caractéristiques de formage à basse température et de formage à haute température.
Résumer
Chaque processus a ses propres avantages et inconvénients. La fabrication laser directe actuelle de blocs métalliques de tungstène présente des défauts de fissuration et de formage, et le schéma d'extrusion et de frittage est difficile à fabriquer des structures de grille à parois minces.