Este aliajul de cupru potrivit pentru imprimarea 3D a sistemelor de răcire a matrițelor?

1. Principalul beneficiu de performanță al aliajului de cupru este că poate conduce căldura și poate rezista la căldură în același timp.
Cele mai importante lucruri pe care trebuie să le facă sistemul de răcire a matriței sunt să scape rapid de căldură și să poată funcționa în setări de-înaltă presiune și de temperatură-înaltă. Aliajul de cupru este un material excelent pentru sistemele de răcire de imprimare 3D, deoarece are calități fizice deosebite.
Conductivitate termică foarte mare: cuprul pur are o conductivitate termică de 401 W/(m · K), care este de 8 până la 10 ori mai mare decât a oțelului pentru matriță. Chiar și după ce a fost tratat cu un aliaj (cum ar fi aliajul CuCrZr), conductivitatea sa termică se menține între 200 și 300 W/(m · K), ceea ce este mult mai mare decât cea a materialelor de răcire standard. Această proprietate permite sistemului de răcire din aliaj de cupru să scape rapid de căldura mucegaiului, ceea ce scurtează ciclul de turnare. După utilizarea canalelor de apă de răcire imprimate 3D din aliaj de cupru pentru o anumită matriță pentru bara de protecție a automobilului, timpul necesar pentru a face o piesă a trecut de la 18 secunde la 12 secunde, iar cantitatea de energie utilizată a scăzut cu 22%.
Rezistenta la oboseala termica: Temperatura suprafetei matritei se schimba foarte mult in situatii cu presiune si viteza ridicate. Aliajul de cupru este mult mai rezistent la oboseala termică decât oțelul, iar coeficientul său de dilatare termică este o potrivire bună pentru oțelul de matriță. Acest lucru scade probabilitatea de fisurare din cauza stresului termic. După 10.000 de cicluri la o temperatură ridicată de 600 de grade, datele experimentale arată că aliajul CuCrZr are încă mai mult de 90% din rezistența sa inițială. Durata sa de viață este de peste trei ori mai mare decât cea a mucegaiurilor tipice.
Aliajele de cupru sunt rezistente în mod natural la ionii de clorură, sulfuri și alte substanțe corozive din lichidul de răcire. Sunt deosebit de bune pentru situații corozive precum inginerie navală și matrițe chimice. Adăugarea unor cantități mici de nichel, zirconiu și alte elemente îl poate face și mai rezistent la coroziune și poate ajuta sistemul de răcire să dureze mai mult.
2. 3Adaptabilitatea procesului de imprimare D: depășirea limitărilor producției convenționale
Există două probleme principale cu prelucrarea tradițională a aliajelor de cupru: în primul rând, conductivitatea termică ridicată a bazinului topit îl face să piardă rapid căldura, ceea ce poate provoca defecte precum delaminarea și ondularea; În al doilea rând, reflectivitatea ridicată (până la 98% pentru un laser de 1064 nm) face dificilă utilizarea tehnologiei SLM tipice. Inovația de proces a ajutat tehnologia de imprimare 3D să depășească mai multe probleme:
Tehnologia laser verde SLM: un laser verde cu lungimea de undă de 515 nm mărește rata de absorbție a luminii verzi a cuprului la 40%, care este de 8 ori mai mare decât cea a unui laser cu infraroșu aproape-. Echipamentul TruPrint 5000 versiune verde de la firma germană Tongkuai poate imprima acceleratoare cu patru poli RF din cupru pur cu o densitate de 99,95% și o conductivitate de 100% IACS. Prin ajustarea punctului de concentrare (25 μm) și abordarea scanării, această tehnologie face imprimarea aliajului de cupru de trei ori mai eficientă decât metodele existente.
Tehnologia de topire cu fascicul de electroni (EBM) folosește un fascicul de electroni ca sursă de căldură pentru a evita problemele cu reflectivitate ridicată și o atmosferă de vid pentru a opri oxidarea cuprului. Rugozitatea suprafeței Ra a pieselor din aliaj de cupru imprimate de EBM este mai mică sau egală cu 6,3 μm, ceea ce înseamnă că pot fi utilizate imediat pentru matrițe de precizie, fără proceduri suplimentare. Însă această tehnologie costă foarte mult pentru a fi instalată și, deocamdată, este folosită mai ales în domenii-de ultimă generație, cum ar fi industria aerospațială.
Depunere de energie dirijată cu laser (LP-DED): problema „cordonului de sudură” în fabricarea aditivilor din aliaje de cupru este rezolvată prin „creșterea energiei laser”. La imprimarea aliajului CuCrZr, echipa de cercetare de la Institutul Național de Tehnologie din India a folosit o putere scăzută de 200 W pentru primele trei straturi pentru a se asigura că se lipesc de substrat. Apoi au crescut puterea la 1000 W pentru a se potrivi cu conductibilitatea termică a materialului, ceea ce a condus la o densitate de 97,47% și o conductivitate termică de 168,3 W/(m · K).
3. Un exemplu de cum funcționează o industrie: trecerea de la laborator la linia de producție
Unitatea Tesla din Shanghai folosește un sistem de răcire din aliaj de cupru imprimat-3D pentru a fixa matrițe uriașe de turnare sub presiune-în industria matrițelor auto. Este nevoie de doar 72 de ore pentru a repara deteriorarea mucegaiului și a relua producția, ceea ce este cu 90% mai rapid decât procesele normale de reparații. Designul de răcire conformă face ca temperatura matriței să fie mai uniformă cu 80%, iar rata de calificare a produsului crește de la 92% la 98%.
Un producător de telefoane mobile a folosit imprimarea 3D din aliaj de cupru pentru a realiza rapid matrițe de probă de producție, ceea ce reduce timpul necesar pentru dezvoltarea unui nou dispozitiv de la 18 luni la 12 luni. Circuitul de apă de răcire are o topologie-construcție optimizată care face transmisia căldurii cu 120% mai bună la aceeași putere a pompei. Acest lucru scade foarte mult șansa de deformare sau deformare a produsului.
În zona aerospațială, Ursa Major a realizat prima cameră de ardere a rachetei-pe bază de cupru-imprimată în 3D. Designul său integrat al canalului de răcire a scăzut temperatura peretelui camerei de ardere cu 300 de grade și greutatea acestuia cu 40%. Piesa este construită din aliaj CuCrZr și a fost testată de 1000 de ori la o presiune de 6MPa fără a se rupe, demonstrând că aliajul de cupru imprimat 3D este fiabil în condiții dure.