像涂果醬一樣按需打印，鎢鈷昂貴不浪費，工業最硬材料變絲滑！

碳鎢合金（俗稱硬質合金）是現代工業的基石，廣泛應用于金屬切割、混凝土鉆探及巖石開采等高強度刀具領域。這種材料極高的硬度也成為了制造上的“緊箍咒”：一旦成型，其極強的抗變形能力使得后續加工變得異常緩慢且損耗巨大，導致生產成本居高不下。

這種困境在磨損嚴重或重載負荷的加工場景中尤為突出。目前，業界主要采用粉末冶金法，即通過高壓和高溫將碳化鎢和鈷粉末壓制并燒結。

這種傳統工藝的弊端在于效率低下，往往需要消耗遠超最終零件所需的昂貴原材料，且成品率難以進一步提升。近期，一項發表在《國際難熔金屬與硬質合金期刊》上的研究提出了一種新路徑：將增材制造（即3D打印）與熱絲激光照射技術相結合，力求在保持性能的前提下，實現硬質合金的按需精準沉積，從而大幅降低材料浪費與成本。

研究人員嘗試改變將硬質合金視為“減材加工”對象的傳統思維，探索能否利用增材制造技術進行選擇性構建。他們選用的核心工具是“熱絲激光照射技術”（又稱激光熱絲焊接），其原理是將激光束與預熱后的填充焊絲相結合。通過預熱焊絲，不僅能顯著提高金屬沉積速率，還能減少激光在沉積過程中所需提供的能量，從而提升整體工藝效率。

研究團隊評估了兩種應用方案。第一種是“焊絲引導法”，即硬質合金棒位于前方移動，激光照射其頂部；第二種是“激光引導法”，激光先行照射硬質合金棒底部與鐵基基材之間的區域。在兩種設定中，研究人員都選擇將金屬軟化而非完全熔化。這一策略旨在形成硬質合金的同時，盡量規避極端熱環境對這類硬脆材料造成的結構損傷。

廣島大學先進科學與工程研究生院助理教授丸本啟太表示：“硬質合金極度堅硬，雖然是制造切削刀具的理想材料，但其原材料鎢和鈷價格昂貴。通過增材制造技術，我們可以僅在必要部位沉積材料，從而有效節約成本。”

實驗結果證明，該方法能有效保持傳統工藝制造的WC-Co硬質合金的硬度與機械完整性。研究團隊成功制備出硬度超過1400 HV（維氏硬度）且無缺陷、無分解的基材。這種硬度水平在工業領域屬于頂尖行列，僅次于藍寶石和金剛石等超硬物質。

盡管研究證實了無缺陷成型的可能性，但在具體路徑上仍存在差異。例如，“焊絲引導法”會導致堆疊件上部的碳化鎢發生分解，從而產生產品缺陷；而早期的“激光引導法”在維持硬度方面也面臨挑戰。

為解決這一問題，研究團隊引入了鎳基合金中間層，并嚴格監控工藝溫度（使其高于鈷的熔點但低于晶粒生長溫度）。最終，通過增材制造產出的硬質合金在不犧牲材料硬度的前提下，成功實現了結構優化。

這一階段性成果為后續研究提供了跳板。研究人員計劃進一步攻克材料開裂問題，并嘗試構建更復雜的幾何形狀。

丸本啟太指出：“通過軟化而非完全熔化來成型金屬材料的方法極具創新性。它不僅適用于本研究關注的硬質合金，還具有推廣至其他材料領域的潛力。”

展望未來，如何將該技術應用于成品切削刀具的直接制造、探索更多適配材料以及進一步提升耐用性，將是該研究團隊的核心課題。