Da li je legura bakra pogodna za 3D štampanje sistema za hlađenje kalupa?

1. Glavna prednost u pogledu performansi legure bakra je da može istovremeno provoditi toplinu i odolijevati toplini.
Najvažnije stvari koje sistem za hlađenje kalupa treba da uradi je da se brzo oslobodi topline i da bude u stanju da radi pri visokim-pritiscima i visokim{1}}postavkama temperature. Legura bakra je odličan materijal za rashladne sisteme za 3D štampanje jer ima odlične fizičke kvalitete.
Veoma visoka toplotna provodljivost: čisti bakar ima toplotnu provodljivost od 401 W/(m · K), što je 8 do 10 puta više od čelika za kalupe. Čak i nakon obrade sa legurom (kao što je legura CuCrZr), njena toplotna provodljivost ostaje između 200 i 300 W/(m · K), što je mnogo više od one kod standardnih rashladnih materijala. Ovo svojstvo omogućava sistemu za hlađenje legure bakra da se brzo oslobodi toplote kalupa, što skraćuje ciklus oblikovanja. Nakon upotrebe 3D štampanih kanala za rashladnu vodu od legure bakra za određeni kalup za automobilski odbojnik, vrijeme koje je bilo potrebno za izradu jednog komada je poraslo sa 18 na 12 sekundi, a količina utrošene energije smanjena je za 22%.
Otpornost na toplotni zamor: temperatura površine kalupa se mnogo mijenja u situacijama s visokim pritiskom i brzinom. Legura bakra je daleko otpornija na termički zamor od čelika, a njen koeficijent termičke ekspanzije dobro odgovara čeliku za kalupe. Ovo smanjuje vjerovatnoću pucanja uslijed termičkog naprezanja. Nakon 10.000 ciklusa na visokoj temperaturi od 600 stepeni, eksperimentalni podaci pokazuju da legura CuCrZr i dalje ima više od 90% svoje početne čvrstoće. Životni vijek mu je više od tri puta duži od uobičajenih kalupa.
Legure bakra su prirodno otporne na hloridne jone, sulfide i druge korozivne supstance u rashladnoj tečnosti. Posebno su dobri za korozivne situacije poput brodogradnje i hemijskih kalupa. Dodavanje malih količina nikla, cirkonijuma i drugih elemenata može ga učiniti još otpornijim na koroziju i pomoći sistemu za hlađenje da traje duže.
2. 3Prilagodljivost procesa D štampanja: prevazilaženje ograničenja konvencionalne proizvodnje
Postoje dva glavna problema s tradicionalnom obradom legure bakra: prvo, visoka toplinska provodljivost rastopljenog bazena čini ga brzo gubitkom topline, što može uzrokovati nedostatke kao što je raslojavanje i uvijanje; Drugo, visoka refleksivnost (do 98% za laser od 1064nm) otežava korištenje tipične SLM tehnologije. Inovacija procesa pomogla je tehnologiji 3D štampanja da prevaziđe nekoliko problema:
Zeleni laser SLM tehnologija: Zeleni laser sa talasnom dužinom od 515 nm povećava stopu apsorpcije zelene svjetlosti bakra na 40%, što je 8 puta više nego kod skoro{3}}infracrvenog lasera. Oprema za zelenu verziju TruPrint 5000 nemačke firme Tongkuai može štampati RF kvadrupolne akceleratore od čistog bakra sa gustinom od 99,95% i provodljivošću od 100% IACS. Podešavanjem tačke koncentracije (25 μm) i pristupa skeniranju, ova tehnologija čini štampanje legure bakra tri puta efikasnijim od postojećih metoda.
Tehnologija topljenja elektronskih zraka (EBM) koristi snop elektrona kao izvor topline kako bi se izbjegli problemi s visokom refleksijom i vakuumskom atmosferom kako bi se spriječilo oksidiranje bakra. Površinska hrapavost Ra dijelova od legure bakra štampanih EBM-om je manja ili jednaka 6,3 μm, što znači da se mogu odmah koristiti za precizne kalupe bez ikakvih dodatnih postupaka. Ali ova tehnologija košta mnogo za postavljanje, a za sada se uglavnom koristi u vrhunskim-područjima kao što je svemir.
Laserski usmjereno taloženje energije (LP-DED): Problem "zavarivanja" u proizvodnji aditiva od legure bakra je riješen "povećanjem energije lasera". Prilikom štampanja legure CuCrZr, istraživački tim sa indijskog Nacionalnog instituta za tehnologiju koristio je malu snagu od 200 W za prva tri sloja kako bi se uverio da se zalepe za podlogu. Zatim su podigli snagu na 1000 W kako bi odgovarali toplotnoj provodljivosti materijala, što je dovelo do gustine od 97,47% i toplotne provodljivosti od 168,3 W/(m · K).
3. Primjer kako industrija funkcionira: od laboratorije do proizvodne linije
Teslina fabrika u Šangaju koristi 3D-štampani sistem za hlađenje od legure bakra da popravi ogromne kalupe za{2}}lijevanje u automobilskoj industriji kalupa. Potrebno je samo 72 sata da se popravi oštećenje kalupa i vrati proizvodnja na pravi put, što je 90% brže od uobičajenih procesa popravke. Konformni dizajn hlađenja čini temperaturu kalupa ujednačenijim za 80%, a stopa kvalifikacije proizvoda se povećava sa 92% na 98%.
Proizvođač mobilnih telefona koristio je 3D štampanje od legure bakra kako bi brzo napravio kalupe za probnu proizvodnju, što je skratilo vrijeme potrebno za razvoj novog uređaja sa 18 mjeseci na 12 mjeseci. Krug rashladne vode ima topologiju{4}}optimiziranu konstrukciju koja čini prijenos topline 120% boljim pri istoj snazi ​​pumpe. To uvelike smanjuje mogućnost savijanja ili deformacije proizvoda.
U oblasti vazduhoplovstva, Ursa Major je napravio prvu raketnu komoru za sagorevanje na bazi bakra-3D-štampana. Njegov integrisani dizajn kanala za hlađenje smanjio je temperaturu zida komore za sagorevanje za 300 stepeni i njenu težinu za 40%. Dio je napravljen od CuCrZr legure i testiran je 1000 puta pri pritisku od 6MPa bez lomljenja, što dokazuje da je 3D štampana legura bakra pouzdana u teškim uslovima.