激光助力3D打印，超硬钨碳化物成型新方式，减少浪费!

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制造商依赖于钨钴合金来制造必须经受极端磨损的工具。

然而，如何加工这种材料仍然是工业制造中最棘手的挑战之一。

传统方法浪费昂贵的原材料，并限制设计灵活性。新的研究现在指向了一种更精确的解决方案。

来自日本的研究团队已经证明，增材制造可以在保持硬度和结构完整性的同时，制造工业级的钨钴合金。

这种方法利用热丝激光辐照，仅在需要的地方沉积材料，从而减少浪费，降低生产成本。

传统加工的局限性

钨钴合金是切削工具、模具和建筑设备的核心材料。它们的性能来自于极高的硬度和耐磨性。然而，制造商通常使用粉末冶金来生产它们。

这个过程需要高压、高温以及长时间的烧结。

虽然这种方法有效，但消耗了大量的钨和钴材料。这两种材料都很昂贵。

产量损失仍然很大，尤其是在复杂几何形状的情况下。修改设计的过程也证明缓慢且低效。

研究人员在寻找一种替代方案，能够将材料精确放置在性能要求的地方。

增材制造提供了这种控制，但也带来了新的风险。

过高的温度会导致碳化钨降解，从而削弱最终结构。

“硬质合金是用于切削工具刃和类似用途的非常坚硬的材料，但它们是由非常昂贵的原材料如钨和钴制成的，因此，减少材料的使用是非常重要的。通过增材制造，硬质合金可以只在需要的地方沉积，这样就能减少材料的消耗，”对应作者丸本圭太说道。

团队专注于热丝激光照射，这是一种将激光束与预热填充丝结合的过程。

这种设置提高了沉积效率，同时改善了制造过程中的热控制。

研究人员测试了两种沉积策略。一种方法是将硬质合金棒在激光的前方推进。

第二种方法则让激光引导，同时照射硬质合金棒与铁基座之间的间隙。

在这两种情况下，这个过程避免了完全熔化。相反，它软化了材料，以便更好地结合。

这种方法减少了热损伤，还帮助保持了微观结构。

达到工业硬度

实验得到的硬质合金硬度超过1400 HV。这个硬度水平使得该材料成为工业中最硬的材料之一。

在优化条件下，团队没有观察到重大缺陷或分解现象。

出现了一些挑战。杆导向法导致钨碳化物在顶部层附近发生分解。

激光导向法在保持硬度一致性方面遇到了困难。

研究人员通过添加镍合金中间层，并严格控制温度，解决了这两个问题。

“通过软化金属材料而不是完全熔化它们的方法来形成金属材料。

这项研究是新颖的，它不仅有潜力应用于本研究的重点——水泥化碳化物，

还可以应用于其他材料。”他说，Marumoto。

研究人员现在的目标是减少开裂并增加形状的复杂性。

未来的工作将针对切削工具、替代材料系统以及提高工业使用的耐用性。

该研究于2025年12月在线发表在《国际耐火金属与硬材料期刊》上。它将在该期刊2026年4月的印刷版中刊登。