Naukowcy używają jednomodowego lasera światłowodowego o mocy 1 kW do druku 3D proszku czystej miedzi

Cu ma właściwości termiczne, które są atrakcyjne dla zastosowań wymiany ciepła, ale niewielu naukowców próbowało użyć druku 3D SLM do przetwarzania czystej miedzi, ponieważ produkcja miedzi z użyciem lasera i jego stopów często może prowadzić do niestabilnych warunków

Niewielka grupa badaczy z Politechniki w Mediolanie opublikowała niedawno pracę zatytułowaną "Selektywne topienie laserowe czystej miedzi z laserem światłowodowym jednomodowym o mocy 1 kW", która szczegółowo opisuje ich pracę w ocenie możliwości pojedynczego tryb 1kW źródło lasera światłowodowego służy do przetwarzania czystego proszku Cu.

Streszczenie brzmi: "Złożone kształty i cechy krytyczne, które umożliwiają technologie syntezy w złożu proszku, są bardzo atrakcyjne dla produkcji wymienników ciepła. Miedź jest głównym metalem do takich zastosowań. Jednak jego przetwarzalność przy użyciu systemów selektywnego topienia laserowego (SLM) jest ograniczona przez jego wysoki współczynnik odbicia przy 1 μm, przy długości fali emisyjnej powszechnie stosowanych źródeł lasera. Ponadto wysoka przewodność czystej miedzi, pożądana do końcowego zastosowania produktów, powoduje niestabilność i trudności w krzepnięciu złoża proszku. W rezultacie składniki o dużej gęstości są trudne do uzyskania. W tej pracy laserem światłowodowym jednomodowym o mocy 1 kW używa się do przetwarzania czystego proszku Cu o czystości 99,9%. Aby pokonać niską efektywność procesu, wymagana jest duża moc, ze względu na wysoki współczynnik odbicia. Zastosowana prototypowa maszyna SLM pozwala na elastyczną manipulację parametrami procesu. Omówiono zjawisko zagęszczania oraz przyczyny, które prowadzą do porowatości. "

Badacze próbowali wykorzystać technologię SLM do przetwarzania proszku Cu za pomocą źródła lasera CO2, ale nie mogli osiągnąć względnej gęstości powyżej 90% . Źródło niebieskiego lasera diodowego było również używane w przeszłości, aby uczynić czysty proszek miedzi bardziej gęsty, ale jakość wyników nigdy nie została zadeklarowana. Badacze z Politechniki w Mediolanie przetwarzali sproszkowany drut miedziany za pomocą lasera światłowodowego jednomodowego o mocy 1 kW do przetwarzania czystego proszku Cu.

"System został zainstalowany na elastycznym prototypowym systemie SLM i szerokim zakresie parametrów eksperymentalnych ( mianowicie moc, prędkość skanowania i grubość warstwy) zostały zmienione w celu określenia regionu stabilności procesu ", wyjaśniają naukowcy w artykule. "Przeprowadzono w ten sposób jakościową ocenę wykonanego okazu, z fenomenologiczną analizą przyczyn, które determinowały wynik procesu. Można było pokazać duży procesobszar wykonalności jest możliwy dzięki wdrożeniu tego nowego źródła laserowego. Wstępna analiza przekroju wskazuje, że osiąga się wysokie wartości względnej gęstości, a ostatecznie został zrealizowany element demonstracyjny pokazujący potencjał obecnej innowacji technologicznej. "

Użyli proszku Cu o czystości 99,9% z LPW Technology i , na otwartym systemie SLM opracowanym na uniwersytecie, wydrukowano sześcienne próbki w celu określenia regionu wykonalności procesu. W swoim projekcie eksperymentalnym badacze podjęli próbę drukowania 3D z szerokim zakresem parametrów

"W sumie doprowadziło to do przetworzenia 70 warunków doświadczalnych, które zbadano na dwóch kolejnych wydrukach (odpowiednio dla dwóch poziomów grubość warstwy). Materiałem podłożowym wybranym do niniejszego eksperymentu był AISI 316L, ze względu na jego zgodność z czystym C, "napisali naukowcy. "Aby ocenić okno procesu czystej miedzi jako funkcję parametrów procesu, przeprowadzono jakościową ocenę wykonanych próbek."

Dzięki wizualnej analizie próbek sześciennych wynik procesu został podzielony na: trzy kategorie: nieskondensowane (niewystarczające spiekanie złoża proszku), rozwarstwienie (próbki, które zestaliły się, ale niewystarczające wiązanie warstwowe) i dopuszczalne.

Naukowcy również wydrukowali w 3D element demonstracyjny - logo uniwersytetu - w celu aby zademonstrować, jak możliwe było drukowanie 3D SLM w celu wytworzenia złożonych form z czystego proszku Cu. Drobne szczegóły logo zostały wykonane w obszarze 40 x 30 mm, o wysokości 4 mm; najdokładniejsza otrzymana grubość ścianki wynosiła około 0,4 mm.

"Wyniki sugerują, że użycie fali o długości 1 μm jest możliwe pomimo wysokiego współczynnika odbicia materiału, jeśli stosowane są wysokie poziomy mocy" - podsumowali naukowcy. "Stabilność procesu osiąga około 600 W przy wysokich prędkościach skanowania, pokazując, że kombinacje niskiej mocy i niskiej prędkości skanowania, które są kompatybilne z konwencjonalnymi systemami SLM, nie są wysoce odpowiednie dla tego materiału.

" W tej wstępnej fazie , określono okno wykonalności procesu. W "dopuszczalnych" warunkach przetwarzania można było wytworzyć próbki o dużej gęstości (> 97%), wskazując na skuteczność technologii w osiągnięciu podwyższonego zagęszczania złoża proszku w stabilnych warunkach przetwarzania. Niemniej jednak, dalsze badania są wymagane w celu określenia najwyższej możliwej do osiągnięcia wartości i ustalenia procesupowtarzalność. "