3D-друк карбіду вольфраму: японські вчені зменшили витрати

Японські науковці з Університету Хіросіми розробили метод 3D-друку деталей із карбіду вольфраму з кобальтом (WC-Co) — одного з найтвердіших промислових матеріалів. Новий підхід дозволяє суттєво економити дорогу сировину, зберігаючи високу міцність готових виробів.

Карбід вольфраму з кобальтом широко використовують для виготовлення ріжучих інструментів, свердел, оснащення для металообробки та будівельної техніки. Він надзвичайно стійкий до зношування та великих навантажень, але традиційне виробництво потребує значних обсягів вольфраму й кобальту, що робить його дорогим.

Замість класичного пресування та спікання порошків команда з Хіросіми застосувала лазерний 3D-друк із попередньо нагрітим дротом. Це дозволяє наносити матеріал лише на потрібні ділянки, що мінімізує відходи. Ключова особливість — сплав не розплавляється повністю, а лише нагрівається до стану, достатнього для формування шару. Так вдається зберегти структуру карбіду вольфраму, яка відповідає за його твердість.

Автор дослідження Кейта Марумото зазначив, що через високу вартість вольфраму та кобальту критично важливо скоротити витрати матеріалу. Адитивне виробництво дає змогу наносити сплав тільки там, де він необхідний.

Під час випробувань дослідники отримали зразки без суттєвих дефектів із твердістю понад 1400 HV за шкалою Віккерса — це один із найвищих показників серед промислових матеріалів, хоча алмаз і сапфір усе ще попереду.

Спочатку два варіанти друку не давали бажаного результату: один призводив до часткового руйнування карбіду, інший — до недостатньої твердості. Рішенням стало додавання проміжного шару з нікелевого сплаву та точний контроль температури під час друку.

Наступні кроки науковців — зменшити ризик появи тріщин, підвищити довговічність виробів і навчитися друкувати деталі складніших форм. Вони також вважають, що принцип формування металів без повного плавлення можна застосувати й до інших матеріалів.