Ali je bakrova zlitina primerna za 3D tiskanje hladilnih sistemov kalupov?

1. Glavna prednost delovanja bakrove zlitine je, da lahko prevaja toploto in se hkrati upira vročini.
Najpomembnejša stvar, ki jo mora narediti sistem za hlajenje plesni, je, da se hitro znebi toplote in da lahko deluje pri nastavitvah visokega-tlaka in visoke-temperature. Bakrova zlitina je odličen material za 3D tiskanje hladilnih sistemov, saj ima odlične fizikalne lastnosti.
Zelo visoka toplotna prevodnost: Čisti baker ima toplotno prevodnost 401 W/(m · K), kar je 8- do 10-krat več kot jeklo za kalupe. Tudi po obdelavi z zlitino (kot je zlitina CuCrZr) ostane njegova toplotna prevodnost med 200 in 300 W/(m · K), kar je veliko več kot pri standardnih hladilnih materialih. Ta lastnost omogoča, da se hladilni sistem iz bakrove zlitine hitro znebi toplote kalupa, kar skrajša cikel oblikovanja. Po uporabi 3D-natisnjenih kanalov za hladilno vodo iz bakrene zlitine za določen model avtomobilskega odbijača se je čas, potreben za izdelavo enega kosa, zmanjšal z 18 sekund na 12 sekund, količina porabljene energije pa se je zmanjšala za 22 %.
Odpornost na toplotno utrujenost: Temperatura površine kalupa se zelo spremeni v situacijah z visokim pritiskom in hitrostjo. Bakrova zlitina je veliko bolj odporna na toplotno utrujenost kot jeklo, njen koeficient toplotnega raztezanja pa se dobro ujema z jeklom za kalupe. To zmanjša verjetnost razpok zaradi toplotne obremenitve. Po 10.000 ciklih pri visoki temperaturi 600 stopinj eksperimentalni podatki kažejo, da ima zlitina CuCrZr še vedno več kot 90 % svoje začetne trdnosti. Njegova življenjska doba je več kot trikrat daljša od običajnih kalupov.
Bakrove zlitine so naravno odporne na kloridne ione, sulfide in druge jedke snovi v hladilni tekočini. Še posebej so dobri za korozivne situacije, kot so ladjedelništvo in kemični kalupi. Dodatek majhnih količin niklja, cirkonija in drugih elementov lahko naredi še bolj odporen proti koroziji in pripomore k daljši obstojnosti hladilnega sistema.
2. 3Prilagodljivost postopka tiskanja D: premagovanje omejitev običajne proizvodnje
Obstajata dve glavni težavi pri tradicionalni obdelavi bakrove zlitine: prvič, zaradi visoke toplotne prevodnosti staljene mase ta hitro izgubi toploto, kar lahko povzroči napake, kot sta razslojevanje in zvijanje; Drugič, visoka odbojnost (do 98 % za 1064nm laser) otežuje uporabo tipične tehnologije SLM. Inovacija postopkov je tehnologiji 3D tiskanja pomagala premagati številne težave:
Tehnologija zelenega laserja SLM: Zeleni laser z valovno dolžino 515 nm poveča bakreno stopnjo absorpcije zelene svetlobe na 40 %, kar je 8-krat več kot pri bližnjem-infrardečem laserju. Oprema TruPrint 5000 zelene različice nemškega podjetja Tongkuai lahko tiska RF štiripolne pospeševalnike iz čistega bakra z gostoto 99,95 % in prevodnostjo 100 % IACS. S prilagoditvijo koncentracijske točke (25 μm) in pristopom skeniranja ta tehnologija naredi tiskanje bakrove zlitine trikrat učinkovitejše od obstoječih metod.
Tehnologija taljenja z elektronskim žarkom (EBM) uporablja elektronski žarek kot vir toplote, da se izogne ​​težavam z visoko odbojnostjo, in vakuumsko atmosfero, ki preprečuje oksidacijo bakra. Površinska hrapavost Ra delov iz bakrove zlitine, ki jih natisne EBM, je manjša ali enaka 6,3 μm, kar pomeni, da jih je mogoče takoj uporabiti za natančne kalupe brez dodatnih postopkov. Toda vzpostavitev te tehnologije stane veliko in za zdaj se večinoma uporablja na-področjih višjega cenovnega razreda, kot je letalstvo.
Lasersko usmerjeno nanašanje energije (LP-DED): problem "varilne kroglice" pri proizvodnji aditivov za bakrove zlitine je odpravljen s "povečanjem laserske energije". Pri tiskanju zlitine CuCrZr je raziskovalna skupina z Indijskega nacionalnega inštituta za tehnologijo uporabila nizko moč 200 W za prve tri plasti, da bi se prepričala, da so se prilepile na podlago. Nato so povečali moč na 1000 W, da so ustrezali toplotni prevodnosti materiala, kar je vodilo do gostote 97,47 % in toplotne prevodnosti 168,3 W/(m · K).
3. Primer delovanja industrije: prehod iz laboratorija na proizvodno linijo
Teslin obrat v Šanghaju uporablja 3D-natisnjen hladilni sistem iz bakrove zlitine za popravilo ogromnih-kalupov za tlačno litje v avtomobilski industriji kalupov. Potrebujemo samo 72 ur, da popravimo poškodbe plesni in ponovno vzpostavimo proizvodnjo, kar je 90 % hitreje od običajnih postopkov popravljanja. Zaradi konformne zasnove hlajenja je temperatura kalupa enakomernejša za 80 %, stopnja kvalifikacije izdelka pa se dvigne z 92 % na 98 %.
Proizvajalec mobilnih telefonov je uporabil 3D-tiskanje bakrovih zlitin za hitro izdelavo kalupov za poskusno proizvodnjo, kar je skrajšalo čas, potreben za razvoj nove naprave, z 18 mesecev na 12 mesecev. Krog hladilne vode ima topološko-optimizirano konstrukcijo, zaradi katere je prenos toplote 120 % boljši pri enaki moči črpalke. To močno zmanjša možnost zvijanja ali deformacije izdelka.
Na področju vesolja je Ursa Major izdelala prvo raketno zgorevalno komoro-na osnovi 3D-na osnovi bakra. Njegova integrirana zasnova hladilnega kanala je znižala temperaturo stene zgorevalne komore za 300 stopinj in njeno težo za 40 %. Del je izdelan iz zlitine CuCrZr in je bil 1000-krat preizkušen pri tlaku 6 MPa, ne da bi se zlomil, kar dokazuje, da je 3D natisnjena bakrova zlitina zanesljiva v težkih pogojih.