眾所周知，由于具有優異的高溫強度，鉬金屬已經成為了諸多行業不可或缺的原材料。在實際應用中，有時候需要復雜形狀的零部件，但又不易于制造。通常而言，3D打印技術可以解決復雜零部件（如換熱器等）的制造問題。當采用鉬金屬進行3D打印時，制作的零部件往往存在某些缺陷，為了解決這些缺陷問題，通過碳化鈦的合金化作用制作了鉬+碳化鈦金屬基復合粉末，使3D打印效果出現了轉折。例如，使用鉬-碳化鈦來制作換熱器等形狀復雜的原型裝置，這是任何其他常規制作方式所無法實現的。

未來30年，預計全球電力需求量將會是目前的兩倍。為了避免氣候變化帶來的最壞影響，在擴大能源生產的同時，二氧化碳排放量必須降至當前水平以下。在不增加排放的情況下增加電力供應，解決方案將是多種多樣的，但主要通過提高發電設備內部的運行溫度，從而提升其效率。例如，將核反應堆內部的溫度從900℃提高到1000℃，將使效率提升10%。

盡管此舉有利于減少排放和降低成本，但在材料科學領域卻產生了一個難題：只有少數幾種材料可以作為制造在高溫下工作的發電設備的候選材料。鉬的熔點（2622℃）是現有金屬元素中最高的，鉬金屬和鉬基合金所能承受的高溫，將使其他材料發生變形或熔化。最重要的是，在高溫下仍能保持其形狀和強度。盡管錸和鈮等金屬也可以經受極端溫度的考驗，但在自然資源儲備上遠沒有鉬那么豐富，且價格昂貴，可能帶來供應方面的風險。鉬金屬有時與碳復合材料一起使用，在高溫下具有更高的穩定性。但碳復合材料的設計和制造成本高且耗時，因此，科學界依舊將鉬金屬視為一種解決方案，但它也存在一定問題。

目前，在高度專業化的工業領域，越來越多的零部件通過增材制造（AM）方式進行生產，也被稱作3D打印。增材制造起源于20世紀80年代中期，旨在加速產品原型的開發。其工藝特點是在微觀層面上將多層材料融合在一起。打印機依據計算機三維模型，通過層積成型，制作出精確的復制品。

與銑削、切割、鉆孔和研磨等傳統減材制造工藝不同，增材制造幾乎不會產生任何浪費。通常只需在計算機上修改設計方案即可，因此采用增材制造方式來生產復雜形狀零部件更具成本效益。一些用傳統制造工藝很難甚至不可能實現的設計，比如帶有中空部分的零部件，就可以通過3D打印來實現。

航空航天、國防和能源行業需要的復雜形狀零部件可以使用鉬金屬3D打印而成，由此可提升熱效率，意味著可以使用更少的資源產生更多的電力。然而，3D打印的鉬金屬零部件面臨的缺陷之一就是可能會失去力學性能和穩定性，從而使其無法使用。這是因為在不適當的打印條件下，鉬金屬和鉬基合金的3D打印成型件很容易形成氣孔和裂紋等缺陷。

不過，通過精準控制3D打印過程，就可以用鉬金屬和鉬基合金 （如碳化鈦鉬基合金）生產出性能均勻穩定、高質量無裂紋的零部件。目前，美國橡樹嶺國家實驗室正在與相關方合作，對鉬金屬和鉬基合金零部件進行規模試制。

這種制造工藝使用一種名為“粉末床熔融（PBF）”的增材制造方法（見圖1），將粉狀物料熔化成固體。PBF需要用激光或電子束來熔化和融合粉末狀材料，研究人員使用了后一種方法，從而更好地控制打印過程的溫度變化。由于鉬金屬在加工過程中容易出現缺陷，相關PBF工藝尚未在商業規模上取得成功，但最近的研究表明，這種情況可能很快就會改觀。

近期，研究人員證實，PBF工藝可以制作出具有獨特晶粒組織的高質量鉬金屬，這是傳統的鉬金屬制造路線無法實現的。PBF工藝的進步使鉬金屬能夠成功地被打印制成核熱推進系統所用的結構部件。

除了鉬金屬，研究人員還成功制造出了鉬+碳化鈦金屬基復合粉末（見圖2），在材料科學術語中，被稱為“金屬陶瓷”。為了制造這種金屬陶瓷，研究人員將60%的鉬粉和40%的碳化鈦原料粉末進行機械合金化處理，并進行了打印成型，打印成型件未檢測到任何缺陷。這類材料的成功生產，對于要求材料在極端環境，如超臨界二氧化碳條件下運行的能源系統，具有推動其進步的潛力。

其他研究團隊也取得了可喜成果。2019年，北京理工大學為航天工業用的離子推進器開發了3D打印鉬金屬部件。研究團隊還將鉬金屬粉末和碳化鈦粉末結合在一起，形成了穩定的、抗氧化的復合材料。這種復合方法產生了積極的結果，不僅適用于純鉬金屬，也適用于其他含鉬合金。新加坡的一個研究團隊將二硼化鈦納米顆粒與含鉬的鎳基合金Inconel 625混合，也產生了較好的可打印性。這些進展進一步證明了未來大幅提高3D打印鉬金屬和含鉬合金部件的可行性。這些項目展示了鉬的獨特性質及其在全球脫碳化進程中日益增長的價值。

核反應堆等熱電廠效率的提高取決于優質材料的開發，特別是那些具有高溫強度的材料。鉬可以說是相關應用的最佳候選材料。采用3D打印技術將材料打印出工業所需形狀的能力，今后將有助于減少資源消耗，同時產生更多的電力。