製造商通常依賴碳化鎢–鈷合金來生產必須承受極端磨損的工具。然而，塑造這種材料仍然是工業製造中最棘手的挑戰之一。傳統方法會浪費昂貴的原材料，並限制設計的靈活性。近期的研究指出了一種更精確的前進之路。一個來自日本的研究團隊已經證明，增材製造可以製造工業級的WC–Co 碳化合金，同時保持硬度和結構完整性。這種方法利用熱絲激光照射，僅在需要的地方沉積材料，從而減少浪費並降低生產成本。
碳化合金在切削工具、模具和建築設備中發揮著基礎性作用。其優異性能來源於極高的硬度和耐磨性。然而，製造商通常使用粉末冶金來生產這些材料。這一過程需要高壓、高溫和廣泛的燒結。雖然有效，但該方法消耗了大量的碳化鎢和鈷，而這兩種材料的成本都非常高。研究人員發現，傳統加工的產量損失依然顯著，尤其是在複雜幾何形狀的情況下，修改設計的過程也顯得緩慢和低效。
研究人員尋求一種替代方案，可以精確地將材料放置在性能需求的地方。增材製造提供了這種控制，但同時也引入了新的風險。過多的熱量可能會降解碳化鎢並削弱最終結構。碳化合金是用於切削工具邊緣等應用的極硬材料，但它們是由非常昂貴的原材料如碳化鎢和鈷製成的，因此減少材料的使用顯得尤為重要。研究的對應作者丸本圭太表示，通過增材製造，碳化合金可以僅在需要的地方沉積，從而減少材料消耗。
團隊專注於熱絲激光照射，一種將激光束與預熱填充絲結合的過程。這種設置提高了沉積效率，並改善了製造過程中的熱控制。研究人員測試了兩種沉積策略。一種方法是使碳化合金棒在激光前進行沉積，另一種則允許激光領先，同時照射棒與鐵基之間的間隙。在這兩種情況下，該過程都避免了完全熔化，而是軟化了材料以促進粘合。這一方法減少了熱損傷，並有助於保持微觀結構。
實驗結果顯示，生產的碳化合金硬度超過 1,400 HV，這一水平使得該材料成為工業界最硬的材料之一。在優化條件下，團隊觀察到沒有重大缺陷或分解的情況出現。然而，仍然出現了一些挑戰。例如，棒領先方法在頂層附近導致碳化鎢分解，而激光領先方法則難以保持均勻的硬度。研究人員通過添加鎳合金中間層並緊密控制溫度來解決這些問題。
這種通過軟化金屬材料而非完全熔化來形成金屬材料的方式是新穎的，並且不僅可以應用於本研究的碳化合金，還可以擴展到其他材料。研究人員目前的目標是減少裂紋並擴大形狀的複雜性。未來的工作將針對切削工具、替代材料系統和提高工業使用的耐久性。該研究已於 2025 年 12 月在線發佈，將於 2026 年 4 月的《國際耐火金屬及硬材料期刊》印刷版中刊登。
