Есть ли в принтере медь

Обновлено: 21.11.2024

Согласно недавнему прогнозу аналитиков, рынок использования медных материалов в приложениях для 3D-печати вырастет на 51% благодаря ключевым техническим разработкам в процессах и материалах с добавлением меди.

Хотя медные материалы изучаются в рамках каждого из трех основных семейств технологий аддитивной печати с использованием металлов, их химический состав создает проблемы при обработке с использованием установленных или «обычных» конфигураций металлических аддитивных систем в большинстве доступных технологий. К этим задачам относятся:
• Изменение или адаптация аппаратной архитектуры существующих систем печати.
• Адаптация свойств материалов и характеристик порошка используемых медных материалов.
• Разработка альтернативных технологий аддитивной печати с использованием металлов, подходящих для медная печать

Однако несколько поставщиков добавок разработали уникальные способы решения этих проблем.

GE Additive Arcam использует электронно-лучевую плавку (EBM) для производства электрически чистой меди с геометрией, невозможной при традиционном производстве. Новая геометрия может помочь исключить другие этапы процесса, такие как; пайка, соединение или сгибание, особенно если эти шаги могут повлиять на проводимость и, возможно, на срок службы компонента.

Способность меди поглощать энергию зависит от длины волны источника энергии. Чистая медь поглощает 80% энергии электронного луча по сравнению с 2% энергии красного лазерного луча. Это дает EBM преимущество с точки зрения способности плавиться.

Вакуумная среда, в которой работает EBM, сводит к минимуму поглощение кислорода медью, что позволяет производить медь с высокой проводимостью. Кислород снижает проводимость меди, а также делает компонент хрупким.

Возможность изготавливать изделия сложной геометрии из чистой меди без ущерба для высокой электро- или теплопроводности подходит для целого ряда отраслей, включая автомобильную промышленность, или клиентов, которым нужны электрические соединители, индукционные катушки и теплообменники.< /p>

3D-принтер Markforged Metal X можно использовать для изготовления сложных медных деталей с высокой электро- и теплопроводностью. Markforged использует медь чистотой более 99,8%. (Система Metal X также работает с нержавеющей сталью Markforged, суперсплавом никеля, инструментальной сталью и алюминием вместо меди.)

Медный порошок смешивают с пластиковым связующим и экструдируют в процессе производства плавленых нитей (FFF), как и другие материалы, предлагаемые Markforged. После сборки детали пользователи моют деталь, чтобы удалить воск, а затем загружают деталь в печь, которая термически удаляет оставшееся связующее вещество, а затем спекает порошок в окончательную полностью металлическую деталь.

Применения включают радиаторы, шины, нестандартные сварные хвостовики и детали со сложными внутренними каналами охлаждения. Одним из преимуществ такой 3D-печати является то, что она позволяет отказаться от паяных или сварных узлов.

Optomec предлагает процесс аддитивного производства чистой меди с использованием своих систем направленного осаждения энергии (DED) LENS. Чистая медь представляет собой проблему для систем DED из-за ее высокого коэффициента отражения. Инфракрасные длины волн в большинстве стандартных лазерных систем AM не поглощаются медью, что затрудняет создание ванны расплава, поскольку лазерная энергия отражается обратно в источник, вызывая хаос. Лазерное решение Optomec практически невосприимчиво к любому обратному отражению, поэтому лазер может без проблем работать на полной мощности на отражающих поверхностях. Инженеры Optomec разработали параметры процесса для учета различий в теплопроводности, а также больших изменений в поглощении, и продемонстрировали эффективные построения DED с использованием чистой меди.

Внедрение процесса DED для чистой меди особенно важно для разработчиков теплообменников для различных промышленных применений в аэрокосмической и химической промышленности. Медный процесс Optomec также применим к медным сплавам, таким как бронза, латунь и мельхиор.

Пару лет назад компания Spee3D представила свою систему 3D-печати медью. Эта технология аддитивного производства использует сверхзвуковое напыление. Материал выбрасывается через сопло реактивного двигателя со скоростью до 3 Маха и наносится слоем за слоем в виде геометрических узоров. Известное как сверхзвуковое 3D-осаждение (SP3D), для плавления металлических порошков не используется тепло. А с деталями можно безопасно обращаться сразу после сборки. Чистая кинетическая энергия движущихся частиц заставляет порошки связываться вместе, образуя деталь высокой плотности с нормальными металлургическими свойствами.

Эта технология подходит для производства деталей, которые вы в противном случае изготавливали бы с использованием песка или литья под давлением.Приложения включают автомобильные, горнодобывающие, коммерческие, HVAC и промышленные детали. В машине не нужно использовать инертные газы, так как процесс работает с обычным сжатым воздухом. Постобработка состоит из чистовой обработки. Скорость напыления до 100 г/мин. Размер пятна осаждения составляет от 4 до 7 мм.

Stratasys предлагает медь (C18150), сплав хрома и циркония с медью (CuCr1Zr), обладающий отличной тепло- и электропроводностью. Компания внедрила контролируемые процессы термообработки для оптимизации механических свойств и свойств материала.

Stratasys использует технологию прямого лазерного спекания металлов (DMLS) с медью. Конструкторы, разрабатывающие детали из меди, должны следить за толщиной стенок и деталями. Конформное охлаждение и сложные внутренние проходы могут потребовать использования опорных конструкций. Для теплообменников более тонкие стенки предпочтительнее, но существуют ограничения на толщину стенок — примерно 1000 микрометров или 0,040 дюйма. В некоторых случаях детали требуют последующей обработки, включая механическую обработку для улучшения отделки. Для уплотнения может потребоваться термическая обработка.

Вы также найдете ряд поставщиков услуг, которые могут предложить 3D-печать медными материалами.

Промышленная 3D-печать FDM с использованием чистой меди, да, вы не ошиблись. Американский производитель оборудования для 3D-печати и материалов Markforged представил нить из чистой меди (99,8 % меди по весу) для своих промышленных машин для 3D-печати металлом FDM.

Медь — это металл, который широко используется во многих отраслях промышленности благодаря высокой электро- и теплопроводности. Медь используется, например, для изготовления труб, особенно там, где важна теплопроводность, проводов, корпусов и электрического оборудования, а также сварочного оборудования (хвостовики для точечной сварки), и это лишь некоторые из распространенных областей применения.

Но медь, как известно, сложный материал для 3D-печати.

Медные нити были доступны для аддитивного производства для использования в настольных машинах FDM, но они в основном используются и предназначены для декоративных проектов.

Эти медные нити изготовлены из смеси медного порошка и PLA. Соотношение варьируется в зависимости от марки от 60% меди до 90% процентов.

Обратите внимание, что существуют также нити медного цвета. Но они просто имитируют эстетику меди и не содержат медь.

Эти медные нити предназначены для использования на обычных настольных FDM-машинах, при этом требуется некоторая регулировка параметров сопла и нагрева. Но, как уже упоминалось, полученные отпечатки в основном предназначены для декоративных объектов, таких как статуи или украшения, потому что детали очень хрупкие

Чтобы производить детали для промышленного использования, отрасль рассматривала выборочное лазерное плавление как более серьезный вариант.

Печать медью для промышленного использования: SLM

Чтобы создать медные детали для промышленного использования, компания выбрала более дорогой, но более качественный процесс селективного лазерного плавления или SLM.

Но чтобы это стало возможным, необходимо преодолеть некоторые препятствия.

Природа меди затрудняет расплавление или спекание порошка лазерами.

Новая технология, разработанная в 2018 году Институтом Фраунгофера для спекания меди с использованием так называемого зеленого лазера (с добавлением предварительного нагрева порошка к процессу), сделала SLM возможным для меди.

3D-печать с использованием меди

Традиционно медь является очень популярным материалом благодаря своей тепло- и электропроводности. Последние разработки открыли новые возможности в аддитивном производстве. Поделиться

Промышленная FDM-печать из чистой меди

Но, возможно, пришло время серьезно взглянуть на медь для FDM. Причина в том, что в феврале 2020 года компания Markforged выпустила чистую медь для использования в своих машинах FDM по металлу.

Markforged утверждает, что протестировала свои детали для сварки из чистой меди, напечатанные на 3D-принтере, совместно с производителем автомобилей и дала хорошие результаты.

Конечно, металлические FDM-принтеры от Markforged нельзя сравнивать с обычными настольными FDM-принтерами, и производственный процесс включает в себя 3 этапа для получения деталей промышленного качества.

Так как же они это делают?

Их медная нить содержит порошок чистой меди, заключенный в пластиковую матрицу. На первом этапе модель строится слой за слоем, подавая пластиковую нить, содержащую медный порошок, нагревая и склеивая пластик, как и при любой другой технологии FDM.

На следующем этапе процесса пластиковый связующий материал растворяется и удаляется с модели. Это делается в стиральной машине.

На последнем этапе модель помещается в печь или машину для спекания, где оставшийся пластиковый связующий материал расплавляется, а медь спекается вместе при высокой температуре.

Новейший материал, доступный для аддитивного производства, — это медь (C18150), сплав хрома и циркония с медью (CuCr1Zr), отличающийся превосходной тепло- и электропроводностью. Добавка C18150 была разработана, чтобы заполнить нишу на рынке аддитивной меди и удовлетворить спрос на добавку меди.

Stratasys Direct разработала процесс производства добавки C18150 и внедрила процессы контролируемой термообработки для оптимизации механических свойств и свойств материала. Мы работали с крупными аэрокосмическими компаниями, чтобы проверить результаты и применить материал в критически важных приложениях для теплопередачи.

Преимущества 3D-печати медью

Свобода проектирования и повышение производительности, достигаемое за счет оптимизации конструкции, делают процесс аддитивного производства выгодным для многих приложений управления температурным режимом. Свобода проектирования позволяет реализовать нелинейные и конусообразные геометрические формы в протяженных конструкциях, таких как ребра, лопасти лопастей, капиллярные впитывающие структуры, тепловые трубки и конформные внутренние каналы. Побочным продуктом свободы проектирования является консолидация деталей, позволяющая сэкономить время и деньги на производстве и сборке деталей. Дизайнеры и инженеры, использующие AM, также могут добиться значительной экономии веса и места.

В Stratasys Direct мы используем технологию прямого лазерного спекания металлов (DMLS) — разновидность технологии прямого лазерного плавления металлов (DMLM). DMLS производит прочные, точные металлические детали и допускает сложные геометрические формы, включая сложные внутренние каналы. Использование меди в этой технологии открывает перед инженерами дополнительные возможности контроля температуры.

Медь в приложениях для управления температурным режимом

Мы использовали добавку меди для интегрированного регенеративного охлаждения ракетных двигателей с внутренними конформными каналами внутри сопла ракеты. DMLS также используется для печати изогнутых и наклонных тепловых трубок, используемых в космических приложениях дальнего радиуса действия и небольших спутниках, а также для оптимизированных структур впитывания.

Кроме того, стратегии микроканального и струйного столкновения могут быть оптимизированы с помощью AM для охлаждения микроэлектронных устройств. Решетчатые структуры используются для интегральной тепловой защиты внутри детали и создают пассивный барьер для теплопроводности. DMLS и медь также можно использовать для конформных индукционных катушек и компонентов пластиковых форм.

Соображения по дизайну

AM с медью обеспечивает более высокую производительность и эффективность во многих приложениях для контроля температуры. Однако инженеры, желающие воспользоваться преимуществами этой технологии, должны учитывать ключевые элементы дизайна.

Дизайнеры, использующие технологию DMLS, должны учитывать толщину стенок и особенности деталей. Конформное охлаждение, сложные внутренние проходы могут потребовать проектирования опорных конструкций. В случае с теплообменниками более тонкие стенки лучше, но существуют ограничения на то, насколько тонкими могут быть стенки, что составляет примерно 1000 микрометров или 0,040”.

Исходное покрытие детали DMLS не идеально подходит для большинства применений с потоком жидкости, поэтому Stratasys Direct предлагает операции постобработки, такие как механическая обработка, для улучшения отделки деталей DMLS. Другие методы постобработки включают термообработку и уплотнение в зависимости от геометрии и материала. Производитель оборудования (EOS) придерживается общего практического правила, согласно которому отношение высоты к толщине стенки составляет 8:1. Например, если есть здание со стеной толщиной 0,100 дюйма без поддержки выше 0,800 дюйма, стена может разрушиться.

Эти проблемы проектирования смягчаются тщательным проектированием и вниманием к возможностям технологии. Узнайте больше об особенностях проектирования DMLS в наших рекомендациях по проектированию.

Будущее терморегулирования

Аддитивное производство деталей из меди открывает новые возможности для инженеров, создающих новые геометрические формы для систем управления температурным режимом. Улучшая функциональность и теплопередачу, AM обеспечивает непревзойденную геометрическую свободу при той же теплопроводности, что и медь.

Ресурсы по прямому лазерному спеканию металлов

Революционный хирургический инструмент DMLS восстанавливает связки

Показатель успешности реконструкции передней крестообразной связки стал революционным благодаря хирургическому инструменту, напечатанному на 3D-принтере.

Успешность реконструкции передней крестообразной связки коренным образом изменилась благодаря хирургическому инструменту, напечатанному на 3D-принтере.

Инфографика по аддитивным металлам

Визуальный обзор новаторских преимуществ DMLS и некоторых распространенных приложений.

Усовершенствованное терморегулирование с помощью 3D-печати

Откройте для себя уникальные возможности управления температурным режимом с помощью DMLS.

Получить максимальную отдачу от 3D-печати металлом

Узнайте, как решить традиционные производственные задачи и создавать невероятные металлические детали с помощью 3D-печати металлом.

Традиционно медь является очень популярным материалом благодаря своей тепло- и электропроводности. Недавние разработки открыли новые возможности в аддитивном производстве.

Медь — чрезвычайно интересный материал благодаря своим свойствам проводимости и высокой пластичности.

Эти же свойства помешали его успеху в качестве возможного варианта 3D-печати. Однако это изменилось.

Самая распространенная технология 3D-печати меди — порошковая сварка. Он использует электронные лучи для плавления порошков материала и «склеивания» материала. При понижении температуры материал слипается.

Самые популярные процессы сплавления в порошковом слое известны как селективное лазерное спекание (SLS) для пластмасс и селективное лазерное плавление (SLM) для металлов.

Несмотря на то, что SLM является отличным процессом печати для многих металлов, возникла особая проблема, когда дело дошло до 3D-печати медью.

Свойства проводимости материала приводят к тому, что тепло электронных лучей отражается, а не поглощается.

Еще одна повторяющаяся проблема заключалась в том, что напечатанная деталь трескалась, когда температура падала слишком быстро и/или слишком низко.

На пути к решению: зеленый лазер и предварительный нагрев

В прошлом году исследователи из Института Фраунгофера в Германии бросили вызов статус-кво и разработали метод, который сделал возможной 3D-печать высококачественных медных деталей.

Их решение заключалось в переключении инфракрасного лазера с машины SLM на зеленый лазер. Звучит просто, правда?

Это немного сложнее. Быстрый поиск в Википедии показывает нам, что лазер — это аббревиатура от «Усиление света за счет стимулированного излучения». Короче говоря, лазеры — это источники света, характеризующиеся длиной волны в вакууме. Каждый тип лазера излучает концентрированный луч, который усиливается за счет стимулированного излучения.

Свет этого зеленого лазера для принтеров SLM, разработанный немецким институтом, лучше поглощается медью, что облегчает плавление материала.

Но проблема растрескивания из-за перепадов температуры осталась. Решение заключалось в предварительном нагреве материала перед началом процесса печати, чего достаточно, чтобы избежать резкого перепада температуры.

Этот метод представляет собой первую реальную альтернативу 3D-печати из меди и открывает перед производителями фантастические возможности.

Производитель машин TRUMPF применил эти технологии в своей новой машине TruPrint 5000.

В устройстве используется зеленый лазер TruPrint Laser Metal Fusion (LMF) и предварительный нагрев материала до 500 °C.

Принтер TruPrint 5000 был продемонстрирован на выставке 3D-печати Formnext во Франкфурте в ноябре 2018 г.

Читайте также: