Подходит ли медный сплав для 3D-печати систем охлаждения пресс-форм?

1. Основное преимущество медного сплава заключается в том, что он может одновременно проводить тепло и сопротивляться теплу.
Самое важное, что должна делать система охлаждения пресс-формы, — это быстро отводить тепло и обеспечивать работу при высоком-давлении и высоких-температурах. Медный сплав — отличный материал для систем охлаждения 3D-печати, поскольку он обладает отличными физическими качествами.
Очень высокая теплопроводность: чистая медь имеет теплопроводность 401 Вт/(м · К), что в 8–10 раз выше, чем у литейной стали. Даже после обработки сплавом (например, сплавом CuCrZr) его теплопроводность остается в пределах 200–300 Вт/(м · К), что намного выше, чем у стандартных охлаждающих материалов. Это свойство позволяет системе охлаждения медного сплава быстро отводить тепло формы, что сокращает цикл формования. После использования 3D-печатных каналов охлаждающей воды из медного сплава для определенной формы автомобильного бампера время, необходимое для изготовления одной детали, сократилось с 18 секунд до 12 секунд, а количество используемой энергии снизилось на 22%.
Устойчивость к тепловой усталости: температура поверхности формы сильно меняется в ситуациях с высоким давлением и скоростью. Медный сплав гораздо более устойчив к термической усталости, чем сталь, а его коэффициент теплового расширения хорошо соответствует литейной стали. Это снижает вероятность растрескивания из-за термического напряжения. Экспериментальные данные показывают, что после 10 000 циклов при высокой температуре 600 градусов сплав CuCrZr все еще имеет более 90% своей первоначальной прочности. Срок службы более чем в три раза превышает срок службы обычных форм.
Медные сплавы естественным образом устойчивы к ионам хлорида, сульфидам и другим агрессивным веществам в охлаждающей жидкости. Они особенно хороши для коррозийных ситуаций, таких как морская техника и химические формы. Добавление небольшого количества никеля, циркония и других элементов может сделать его еще более устойчивым к коррозии и продлить срок службы системы охлаждения.
2. 3Адаптируемость процесса цифровой печати: преодоление ограничений традиционного производства
При традиционной обработке медных сплавов возникают две основные проблемы: во-первых, высокая теплопроводность ванны расплава приводит к быстрой потере тепла, что может вызвать такие дефекты, как расслоение и скручивание; Во-вторых, высокая отражательная способность (до 98% для лазера с длиной волны 1064 нм) затрудняет использование типичной технологии SLM. Инновации в процессах помогли технологии 3D-печати преодолеть несколько проблем:
Технология SLM зеленого лазера: зеленый лазер с длиной волны 515 нм увеличивает степень поглощения зеленого света медью до 40 %, что в 8 раз выше, чем у лазера ближнего-инфракрасного диапазона. Оборудование TruPrint 5000 в зеленой версии немецкой фирмы Tongkuai позволяет печатать квадрупольные ВЧ-ускорители из чистой меди плотностью 99,95% и проводимостью 100% IACS. За счет регулировки концентрирующего пятна (25 мкм) и подхода к сканированию эта технология делает печать медным сплавом в три раза более эффективной, чем существующие методы.
Технология электронно-лучевой плавки (EBM) использует электронный луч в качестве источника тепла, чтобы избежать проблем с высокой отражательной способностью, и вакуумную атмосферу, чтобы предотвратить окисление меди. Шероховатость поверхности Ra деталей из медного сплава, напечатанных с помощью EBM, меньше или равна 6,3 мкм, что означает, что их можно сразу использовать для прецизионных форм без каких-либо дополнительных процедур. Однако установка этой технологии требует больших затрат, и на данный момент она в основном используется в-высокотехнологичных областях, таких как аэрокосмическая промышленность.
Лазерно-направленное энергетическое напыление (LP-DED). Проблема «сварного валика» при аддитивном производстве медных сплавов решается за счет «увеличения энергии лазера». При печати сплавом CuCrZr исследовательская группа из Индийского национального технологического института использовала низкую мощность в 200 Вт для первых трех слоев, чтобы убедиться, что они приклеились к подложке. Затем они увеличили мощность до 1000 Вт, чтобы соответствовать теплопроводности материала, что привело к плотности 97,47% и теплопроводности 168,3 Вт/(м · К).
3. Пример того, как работает индустрия: путь от лаборатории к производственной линии
На заводе Tesla в Шанхае используется 3D--напечатанная система охлаждения из медного сплава для ремонта огромных-форм для литья под давлением в автомобильной промышленности. Чтобы устранить повреждение пресс-формы и вернуть производство в нормальное русло, требуется всего 72 часа, что на 90 % быстрее, чем обычные процессы ремонта. Конформная конструкция охлаждения делает температуру формы более равномерной на 80%, а степень квалификации продукта повышается с 92% до 98%.
Производитель мобильных телефонов применил 3D-печать из медного сплава для быстрого изготовления форм для пробного производства, что сократило время разработки нового устройства с 18 до 12 месяцев. Контур охлаждающей воды имеет-оптимизированную топологию, благодаря которой теплопередача улучшается на 120 % при той же мощности насоса. Это значительно снижает вероятность коробления или деформации изделия.
В аэрокосмической области компания Большой Медведицы изготовила первую камеру сгорания ракеты,-напечатанную на 3D-медном принтере. Его интегрированная конструкция охлаждающего канала снизила температуру стенки камеры сгорания на 300 градусов, а ее вес - на 40%. Деталь изготовлена ​​из сплава CuCrZr и прошла 1000 испытаний давлением 6 МПа без разрушения, что доказывает, что медный сплав, напечатанный на 3D-принтере, надежен в суровых условиях.