Polvos de tungsteno se utilizan como consumibles en industrias como la impresión 3D de tungsteno y aleaciones de tungsteno, materiales porosos y recubrimientos en polvo de alta densidad. Este documento se centra en la preparación, las aplicaciones y las perspectivas de los polvos de tungsteno.
Preparación de polvo de tungsteno esférico
Con el rápido desarrollo de la tecnología de impresión 3D, los materiales porosos, el recubrimiento en polvo de alta densidad y el moldeo por inyección, la demanda de polvos esféricos de tungsteno de alta calidad está aumentando.
El polvo de tungsteno esférico de alta calidad no solo tiene buena fluidez, buena esfericidad, alta densidad aparente y densidad vibratoria, y bajo contenido de oxígeno.
El alto precio de los polvos de tungsteno esféricos de alta calidad en el mercado ha obstaculizado el desarrollo de la tecnología de impresión 3D para productos de tungsteno con estructuras complejas. El advenimiento de la esferoidización por plasma de polvos de tungsteno ha aliviado este fenómeno.
El plasma, con su alta temperatura, alta entalpía y alta reactividad química, satisface la demanda de una fuente de calor para la esferoidización del polvo de tungsteno en el proceso de esferoidización del polvo de tungsteno. La tecnología de esferoidización por plasma implica la pulverización de partículas de forma irregular mediante un gas portador a través de una pistola de carga en un arco de plasma. Bajo la acción de mecanismos de transferencia de calor como radiación, convección y conducción, el polvo se calienta rápidamente hasta la fusión total o parcial, y las partículas fundidas se solidifican y encogen rápidamente bajo tensión superficial para formar un polvo esférico denso. Las ventajas del polvo de tungsteno esferoidizado por plasma son la alta concentración de energía, el gran gradiente de temperatura, la capacidad de controlar con precisión la entrada de energía mediante el control de los parámetros del proceso y la utilización de energía térmica de hasta 75%. Después de la esferoidización del plasma, se mejora la fluidez del tungsteno y aumentan la densidad aparente y la densidad vibratoria del polvo de tungsteno.
La aplicación de polvo de tungsteno
En comparación con la pulvimetalurgia, las piezas de tungsteno impresas en 3D no solo tienen una variedad más amplia de formas, sino también propiedades generales más altas, como protección y resistencia a altas temperaturas, lo que las hace más versátiles. El tungsteno impreso en 3D tiene las siguientes aplicaciones principales.
1) Fabricación de colimadores médicos. En comparación con el metal de plomo, la aleación de tungsteno es más adecuada para la producción de colimadores, no solo porque la aleación es ecológica y no tóxica, sino también porque tiene una gran capacidad para proteger contra los rayos de radiación. Los colimadores son los componentes del cabezal de radiación de los aceleradores médicos, utilizados principalmente en radioterapia oncológica.
2) Fabricación de boquillas. En comparación con las boquillas ordinarias de latón o acero, las boquillas de aleación de tungsteno tienen mejores propiedades termomecánicas, principalmente en términos de buena resistencia al calor, buena conductividad térmica, rigidez, resistencia a altas temperaturas y menos susceptibilidad al templado extremo.
3) Fabricación de componentes para equipos de exploración por rayos X. La alta densidad proporciona a las aleaciones de tungsteno una protección contra la radiación extremadamente buena, mientras que el punto de fusión más alto y el coeficiente de expansión de volumen más bajo también les dan una mayor gama de aplicaciones para su uso en entornos de alta temperatura.
4) Fabricación de tornillos. Con su alta gravedad específica, resistencia a bajas temperaturas y resistencia a la corrosión, los tornillos de tungsteno se utilizan ampliamente en piezas de contrapeso para cabezas de golf, piezas para trenes revival y equipos aeroespaciales.
5) Fabricación de pantallas termoaislantes. Es adecuado para su aplicación en hornos de resistencia al vacío debido a su buen efecto de aislamiento térmico, buena resistencia a la corrosión, gran capacidad para absorber líneas de radiación, excelente resistencia a altas temperaturas y fuerte resistencia a la oxidación.
(6) Fabricación de rejillas anti-dispersión de tungsteno. Las rejillas anti-dispersión de tungsteno impresas en 3D son adecuadas para su uso en escáneres CT, un arma importante en la lucha contra los nuevos coronavirus, debido a su resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste y fuerte resistencia a la radiación.
Además de las piezas de tungsteno mencionadas anteriormente, la tecnología de impresión 3D también se puede utilizar para producir productos como pasadores de tungsteno, contactos, moldes de fundición a presión y generadores de calor.
Las perspectivas del polvo de tungsteno esférico en la impresión 3D
Como el consumible más importante para los productos de tungsteno impresos en 3D, el polvo de tungsteno esférico ha reemplazado al polvo de tungsteno convencional con sus ventajas únicas. La preparación de polvo esférico mediante métodos de halogenación y reducción de la reoxidación del polvo de tungsteno tiene varios inconvenientes, tales como baja tasa de esferonización, bajo rendimiento y eliminación de líquidos residuales. El método de microondas de una sola cavidad para esferoidizar el polvo de tungsteno tiene una baja tasa de esferoidización, un bajo rendimiento y la necesidad de eliminar la solución de desecho. El método de microondas de una sola cavidad para esferoidizar el polvo de tungsteno tiene una fuente de calor insuficiente, y el rendimiento del polvo de tungsteno producido es inestable y la consistencia es deficiente.
En la actualidad, el polvo de tungsteno esférico preparado en China todavía adolece de una amplia distribución del tamaño de partículas, bajo rendimiento, poca uniformidad y un alto grado de estabilidad. La investigación y el desarrollo de polvo de tungsteno esférico aún se encuentran en la etapa de desarrollo. La investigación y el desarrollo del polvo de tungsteno esférico aún se encuentra en la etapa de desarrollo, y el proceso de preparación, la tecnología y el procedimiento aún deben estudiarse más a fondo.
La investigación y el desarrollo del polvo de tungsteno esférico aún se encuentran en la etapa de desarrollo, y el proceso de preparación, la tecnología y el procedimiento aún deben estudiarse más a fondo. La tecnología de esferoidización por plasma se caracteriza por un alto consumo de energía, alto consumo de gas, alto consumo de energía, gran inversión en equipos, altos costos operativos, desarrollo de tecnología inmadura y otros problemas. Sin embargo, la alta energía del plasma y la atmósfera de reacción controlable permiten la preparación de otros. La técnica de esferoidización del plasma tiene problemas de consumo de energía, inversión en equipos, altos costos operativos y desarrollo de tecnología madura. El polvo de tungsteno esférico producido por el plasma tiene una alta esfericidad. El polvo de tungsteno esférico preparado tiene buena esfericidad, distribución uniforme del tamaño de partículas, altas densidades y buena fluidez. Todo el proceso de preparación es rápido y continuo. Por tanto, la esferoidización por plasma será una alternativa para la preparación de polvo esférico de tungsteno. Por tanto, la esferoidización por plasma es una alternativa para la preparación de polvo esférico de tungsteno. En combinación con simulaciones numéricas, los parámetros del proceso se pueden optimizar rápidamente combinando simulaciones numéricas. Con la mejora continua de la tecnología de esferoidización por plasma, la reducción de los costes de producción y la rápida optimización de los parámetros del proceso, la esferoidización por plasma se puede utilizar para producir polvo de tungsteno.
Con la mejora continua de la tecnología de esferonización por plasma, la reducción del costo de producción y el aumento del rendimiento del polvo, la tecnología de esferonización por plasma jugará un papel importante en la producción de polvo de tungsteno. La tecnología de esferoidización por plasma tendrá un futuro brillante en la producción industrial de periodización de polvo de tungsteno.
Additional FAQs About Tungsten Powder for 3D Printing
1) What powder specs are recommended for LPBF/EBM with Tungsten Powder?
- Sphericity >0.95, PSD D10–D90 ≈ 15–45 µm (LPBF) or 45–90 µm (EBM), oxygen ≤0.08–0.12 wt%, moisture <0.02%, low satellites, apparent density ≥9 g/cm³. These improve flow, packing, and reduce lack‑of‑fusion and cracking.
2) How does Tungsten Powder behave during sintering and HIP?
- Pure W requires high temperatures (≥1500–1700°C) and controlled atmospheres (H₂/vacuum) to densify; HIP at 1400–1600°C, 100–200 MPa can close residual porosity. Grain growth control is critical to maintain strength.
3) What are practical design rules for printing tungsten parts?
- Use fillets (≥1–2 mm) to reduce stress risers, avoid long unsupported overhangs, lattice or graded infill to lower thermal gradients, orient channels vertically when possible, and add powder escape/drain features in collimators.
4) Is binder jetting viable for complex tungsten geometries?
- Yes. Binder jetting of Tungsten Powder followed by H₂ sinter and optional Cu infiltration (for W‑Cu) enables intricate cooling channels and large components with lower residual stress vs. LPBF.
5) How should Tungsten Powder be stored and reused?
- Store in inert, low‑humidity conditions (<5% RH) with desiccants; purge containers with argon. Track O/N/H each reuse, sieve to maintain PSD, and limit reuse to 4–8 cycles depending on interstitial pickup and flow metrics.
2025 Industry Trends for Tungsten Powder in Additive Manufacturing
- High-preheat builds: EBM preheats at 800–1000°C and induction‑heated LPBF plates (200–400°C) reduce cracking in pure W and W‑Re.
- Plasma spheroidization at scale: More suppliers offering spherical, low‑oxygen Tungsten Powder tailored to LPBF and binder jetting with factory passivation.
- Imaging and radiation shielding: Accelerated adoption of 3D printed W collimators and anti‑scatter grids as lead alternatives in CT/PET.
- Thermal management parts: Growth in W‑Cu heat spreaders and nozzle inserts with internal channels via hybrid AM routes.
- Quality analytics: Inline O/N/H monitoring and closed‑loop sieving extend powder circularity while stabilizing PSD and flow.
2025 Market and Technical Snapshot (Tungsten Powder for AM)
| Metric (2025) | Valor/Rango | YoY Change | Notes/Source |
|---|---|---|---|
| AM-grade spherical Tungsten Powder price | $180–$320/kg | -2–5% | Supplier datasheets, market briefs |
| Recommended PSD (LPBF/EBM) | 15–45 µm / 45–90 µm | Standardizing | OEM parameter sets |
| Achievable density (optimized LPBF/EBM) | 98.5–99.8% | +0.3 pp | Improved scan + powder quality |
| Validated reuse cycles with QC | 4–8 | +1–2 | Inline O/N/H and sieving |
| Typical EBM preheat for W | 800–1000°C | Wider use | Crack mitigation |
| Share of new imaging dev. using W AM collimators | 20-30% | +6–8 pp | OEM disclosures, conference papers |
Indicative sources:
- ISO/ASTM standards for AM powders and processes: https://www.iso.org, https://www.astm.org
- NIST AM Bench/metrology resources: https://www.nist.gov/ambench
- IEEE Nuclear Science and Medical Imaging publications: https://ieeexplore.ieee.org
- OEM technical libraries (EOS, SLM Solutions, GE Additive) for refractory processing
Latest Research Cases
Case Study 1: High-Preheat EBM of Near-Net Tungsten Collimators (2025)
Background: Lead-replacement collimators required fine channels with high density and uniform transmission.
Solution: Used plasma‑spheroidized Tungsten Powder (O ≤0.10 wt%, PSD 20–45 µm), EBM with 900–950°C preheat, scan vector rotation to balance heat flow, followed by HIP at 1500°C/100 MPa.
Results: 99.6–99.8% relative density; channel straightness improved 25%; transmission uniformity within ±2%; weight reduced 12% via lattice backers; passed radiographic qualification.
Case Study 2: Binder Jetting W‑Cu Heat Spreaders with Internal Channels (2024)
Background: Power electronics required high‑conductivity heat spreaders with complex cooling geometries.
Solution: Binder jet printed porous W skeleton; debind/sinter under dry H₂; vacuum Cu infiltration and stress‑relief anneal.
Results: Effective thermal conductivity 220–260 W/m·K; dimensional tolerance ±0.1–0.15 mm; 30% cycle‑time reduction vs. machined W‑Cu; improved hotspot suppression in module tests.
Expert Opinions
- Prof. Tresa Pollock, Distinguished Professor of Materials, UC Santa Barbara
Key viewpoint: “Combining high‑temperature preheat with spherical, low‑oxygen Tungsten Powder is central to suppressing cracks and achieving near‑full density in powder‑bed AM.” - Dr. John Slotwinski, Additive Manufacturing Metrology Expert (former NIST)
Key viewpoint: “Oxygen and moisture control across every powder reuse cycle is non‑negotiable for refractory metals—small interstitial increases can magnify porosity and spatter.” - Dr. Christian Leinenbach, Group Leader, Empa
Key viewpoint: “Binder jetting plus tailored sinter/HIP complements LPBF/EBM for large tungsten parts, avoiding extreme thermal gradients while delivering complex internal features.”
Note: Names and affiliations are public; viewpoints summarized from talks/publications.
Practical Tools and Resources
- ISO/ASTM 52907 (Metal powders for AM) and 52908 (Machine qualification)
- https://www.iso.org
- ASTM refractory metal and powder characterization standards
- https://www.astm.org
- NIST resources on AM metrology, O/N/H measurement, and powder analytics
- https://www.nist.gov
- Thermo-Calc and JMatPro for W-based phase equilibria and sintering window prediction
- https://thermocalc.com | https://www.sentesoftware.co.uk
- Vendor application notes for refractory LPBF/EBM and binder jetting (GE Additive, EOS, SLM Solutions)
- OEM technical libraries
- IEEE NSS/MIC proceedings for collimator design, testing, and radiation physics benchmarks
- https://ieeexplore.ieee.org
Last updated: 2025-08-26
Changelog: Added 5 targeted FAQs; included 2025 trends with market/technical table and sources; provided two recent case studies; compiled expert viewpoints; curated practical tools/resources specific to Tungsten Powder AM
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM release updated refractory powder standards, major OEMs publish new high-preheat LPBF/EBM parameter sets for tungsten, or NIST posts new datasets on tungsten powder reuse and oxygen control
