像涂果酱一样按需打印，钨钴昂贵不浪费，工业最硬材料变丝滑！

碳钨合金（俗称硬质合金）是现代工业的基石，广泛应用于金属切割、混凝土钻探及岩石开采等高强度刀具领域。这种材料极高的硬度也成为了制造上的“紧箍咒”：一旦成型，其极强的抗变形能力使得后续加工变得异常缓慢且损耗巨大，导致生产成本居高不下。

这种困境在磨损严重或重载负荷的加工场景中尤为突出。目前，业界主要采用粉末冶金法，即通过高压和高温将碳化钨和钴粉末压制并烧结。

这种传统工艺的弊端在于效率低下，往往需要消耗远超最终零件所需的昂贵原材料，且成品率难以进一步提升。近期，一项发表在《国际难熔金属与硬质合金期刊》上的研究提出了一种新路径：将增材制造（即3D打印）与热丝激光照射技术相结合，力求在保持性能的前提下，实现硬质合金的按需精准沉积，从而大幅降低材料浪费与成本。

研究人员尝试改变将硬质合金视为“减材加工”对象的传统思维，探索能否利用增材制造技术进行选择性构建。他们选用的核心工具是“热丝激光照射技术”（又称激光热丝焊接），其原理是将激光束与预热后的填充焊丝相结合。通过预热焊丝，不仅能显著提高金属沉积速率，还能减少激光在沉积过程中所需提供的能量，从而提升整体工艺效率。

研究团队评估了两种应用方案。第一种是“焊丝引导法”，即硬质合金棒位于前方移动，激光照射其顶部；第二种是“激光引导法”，激光先行照射硬质合金棒底部与铁基基材之间的区域。在两种设定中，研究人员都选择将金属软化而非完全熔化。这一策略旨在形成硬质合金的同时，尽量规避极端热环境对这类硬脆材料造成的结构损伤。

广岛大学先进科学与工程研究生院助理教授丸本启太表示：“硬质合金极度坚硬，虽然是制造切削刀具的理想材料，但其原材料钨和钴价格昂贵。通过增材制造技术，我们可以仅在必要部位沉积材料，从而有效节约成本。”

实验结果证明，该方法能有效保持传统工艺制造的WC-Co硬质合金的硬度与机械完整性。研究团队成功制备出硬度超过1400 HV（维氏硬度）且无缺陷、无分解的基材。这种硬度水平在工业领域属于顶尖行列，仅次于蓝宝石和金刚石等超硬物质。

尽管研究证实了无缺陷成型的可能性，但在具体路径上仍存在差异。例如，“焊丝引导法”会导致堆叠件上部的碳化钨发生分解，从而产生产品缺陷；而早期的“激光引导法”在维持硬度方面也面临挑战。

为解决这一问题，研究团队引入了镍基合金中间层，并严格监控工艺温度（使其高于钴的熔点但低于晶粒生长温度）。最终，通过增材制造产出的硬质合金在不牺牲材料硬度的前提下，成功实现了结构优化。

这一阶段性成果为后续研究提供了跳板。研究人员计划进一步攻克材料开裂问题，并尝试构建更复杂的几何形状。

丸本启太指出：“通过软化而非完全熔化来成型金属材料的方法极具创新性。它不仅适用于本研究关注的硬质合金，还具有推广至其他材料领域的潜力。”

展望未来，如何将该技术应用于成品切削刀具的直接制造、探索更多适配材料以及进一步提升耐用性，将是该研究团队的核心课题。