碳化鎢鈷（WC-Co）因其極高的硬度而廣受讚譽。但同樣的強度也使其難以成型和製造。目前的生產方法使用大量昂貴的材料，但產量相對較少。因此，研究人員一直在尋找更有效、更經濟的方法來生產這些超堅韌材料。
對於需要高耐磨性和硬度的應用，需要使用硬質合金 WC-Co。包括切割和施工工具。傳統上，這些材料是使用粉末冶金製造的。在此過程中，WC 和 Co 粉末在高壓下被壓縮並在燒結機中加熱以形成固體硬質合金。雖然這種方法生產出非常耐用的最終產品，但它大量使用昂貴的原材料並產生低效的產品。
為了解決這個問題，研究人員探索了一種使用積層製造（AM，通常稱為 3D 列印）的不同方法。他們的工作還採用了一種稱為熱線雷射照射的技術。這些方法共同旨在創造出保持其強度和耐用性的硬質合金。同時，減少了材料浪費和生產成本。
研究結果發表於 國際難熔金屬和硬質材料雜誌 並計劃發表在該雜誌 2026 年 4 月號。
基於雷射的增材製造方法
這項研究研究了使用熱絲雷射照射的積層製造。並測試了兩種不同的生產策略。熱絲雷射照射 雷射熱絲焊接（也稱為雷射熱絲焊接）將雷射光束與加熱的填充焊絲結合在一起。這種配對提高了累積率。 （金屬添加量）並有助於提高整體生產效率。
在一種實驗方法中，硬質合金棒將引領生產方向。而雷射則直接照射在棒的頂部。第二種方式是，在兩種技術中，雷射引導該過程並在硬質合金棒的底部和基材（鋼）之間提供能量。材料在生產過程中會減弱。相反，它完全溶解形成硬質合金結構。
「硬質合金是一種非常硬的材料，用於刀具磨邊和類似應用。但它們是由非常昂貴的原材料製成的，例如鎢和鈷。這使得減少材料的使用非常可取。使用增材製造，硬質合金可以僅在需要時沉積。這減少了材料的使用，」通訊作者Keita Marumoto說。廣島大學尖端科學與工程研究生院助理教授說。
達到工業硬度，無缺陷。
實驗表明，這種增材製造策略可以保持傳統製造方法通常達到的硬度和機械強度。所得材料的硬度超過 1,400 HV（表示抗穿刺能力的單位），避免了材料的缺陷或破損。
具有這種硬度的材料被認為是工業中使用的最耐用的材料之一。等級低於藍寶石、鑽石等超硬材質。用這種方法可以生產出無缺陷的硬質合金模具。這是該研究的主要目標。然而，結果會根據所使用的生產方法而有所不同。
例如，鉛芯技術會導致馬桶在結構頂部附近腐爛。這會導致成品材料出現缺陷。雷射導引方法也難以維持成功所需的剛度。
研究人員透過引入鎳合金基中間層解決了這些問題。當與仔細控制溫度條件相結合時（高於鈷熔點低於晶粒生長溫度）。這種修改使得使用積層製造生產硬質合金成為可能。同時保持材料的硬度。
未來的改進和使用
結果為進一步發展提供了一個有希望的起點。未來的工作將集中在減少製造過程中的裂縫並使創建更複雜的形狀成為可能。
「透過軟化金屬材料而不是完全熔化金屬材料來形成金屬材料的方法是新穎的。並且不僅有潛力用於硬質合金（這是本研究的重點），而且還可以用於其他材料，」Marumoto 說。
展望未來 研究人員的目標是製造切削工具 檢查其他材料的使用。並繼續研究提高採用該技術製造的零件的耐用性的方法。
這項研究是由廣島大學尖端科學與工程研究生院的丸本慶太和山本元通進行的。
