供稿人:陈义 鲁中良 李涤尘 发布日期：2017-06-06
稀有金属是国家的重要战略资源，钨是典型的稀有金属，具有极为重要的用途。钨的熔点在3410±20℃，在温度超过1650℃时，它具有最高的拉伸强度。钨的高温强度和抗蠕变性能以及导热、导电和电子发射性能都很好，除大量用于制造硬质合金和作合金添加剂外，钨及其合金也广泛用于电子、电光源工业，同时在航天、铸造、武器等部门中用于制作火箭喷管、压铸模具、穿甲弹芯、触点、发热体和隔热屏等[1,2]。因此将钨金属应用在3D打印上，能够制造出性能优异的复杂结构零件。
法兰克福的3D打印初创公司DDDMaterial在众筹平台Kickstarter推出使用优质钨材料制成的3D打印机喷嘴（图1）。由于使用了钨金属，他们的喷嘴与普通的黄铜或者钢制喷嘴相比有几大好处：导热性好；能量效率高；精度性能稳定；不受极端的回火的影响[3]。
图1 DDDmaterial公司生产钨材料3D打印喷嘴
飞利浦公司下属企业医疗成像零部件制造商Smit Röntgen，开发出基于粉末床选择性激光熔融的增材制造方式加工纯钨的工艺。该工艺的特点是通过选择性的固化用熔点高达3422℃的金属钨制成的纯钨薄膜层来将一个数字设计建构成一个三维产品(图2)。在过去的10年内，Smit Röntgen逐步地投资3D打印技术，并且逐渐替代了传统技术以为医疗行业提供定制化的创新零件，成为世界上首家将纯钨大量用于3D打印的公司[4]。
图2 Smit Röntgen生产自由曲面零件
纯钨同时还是一种优良的X射线吸收材料而且环保，通过3D打印技术可以大批量生产钨产品可用于X射线扫描设备，这些钨零件富有变化且低成本。通过后处理，这些钨零件可以用于真空兼容环境，包括X射线管内。同时钨的高熔点使得这些零件可以用于极端的高温度环境下，另外其低温的低膨胀率也使得钨是温度变化幅度大的环境下最稳定的选择，从而使得其应用范围不仅仅局限于医疗行业。
国内对钨合金在3D打印方面应用研究较少，铂力特通过对钨合金的3D打印技术进行系统的研究，解决了难熔金属钨材料的激光精密成形(图3)，成为了国内第一家可以打印钨材料的企业[5]。
图3 铂力特钨材料打印光栅
目前，钨金属3D打印技术并没有得到普及，在大型复杂结构件的应用上存在一定的难度。但是考虑到钨金属的优良性能，随着技术的不断进步和完善，其在医疗和航天领域将有着更加广阔的前景。