Fiind un material cheie în sectorul pulberilor metalice, cuprul și aliajele sale, cu conductivitate electrică, conductivitate termică și rezistență la coroziune excepționale, dețin o poziție de neînlocuit în domeniile de producție de ultimă generație, cum ar fi industria aerospațială, electronică, vehicule electrice și multe altele. Cu toate acestea, aplicarea pulberii de cupru la Laser Powder Bed Fusion (LPBF), o tehnologie principală de fabricare a aditivilor metalici, s-a confruntat de mult timp cu o provocare de bază: eficiența de cuplare energetică extrem de scăzută între laserele tradiționale cu infraroșu și materialul de cupru. În ultimii ani, odată cu maturizarea tehnologiei laser verde și optimizarea-aprofundată a soluțiilor cu laser roșu, companiile naționale au introdus abordări tehnologice diferențiate bazate pe aceste lungimi de undă diferite, oferind industriei soluții diverse.
Dificultatea în fabricarea aditivilor de pulbere de cupru provine din caracteristicile sale materiale: reflectivitate ridicată și conductivitate termică ridicată. Pentru laserele tradiționale cu infraroșu apropiat cu lungimi de undă de aproximativ 1064 nm, reflectivitatea cuprului solid depășește 95%, ceea ce înseamnă că marea majoritate a energiei laser este reflectată direct și nu poate fi utilizată eficient pentru topirea pulberii. Chiar dacă este absorbită o parte de energie, conductibilitatea termică ridicată a cuprului, care atinge 390 W/(m·K) (aproximativ de cinci ori mai mare decât cea a oțelului inoxidabil), provoacă o disipare rapidă a căldurii, ceea ce duce la un bazin de topire instabil și o susceptibilitate ridicată la defecte precum porozitatea, lipsa fuziunii și stropii. Miezul rezolvării acestei probleme constă în utilizarea principiului fizic conform căruia absorbtivitatea laserului cuprului variază în funcție de lungimea de undă. Cercetările arată că, la temperatura camerei, absorbția cuprului pentru laserul infraroșu de 1064 nm este de numai 4%-5%, în timp ce pentru lumina verde de 515-532nm, aceasta sare la aproximativ 40%, o creștere de aproape un ordin de mărime. Această diferență semnificativă de absorbție provine din mecanismele distincte de interacțiune dintre fotonii de lungimi de undă diferite și electronii liberi din cupru. Fotonii cu lungime de undă mai scurtă (verzi) posedă energie mai mare și sunt mai ușor absorbiți de electronii cuprului și transformați în căldură, sporind în mod fundamental eficiența de utilizare a energiei laser.
Abordarea provocărilor tehnice:
1. Problemă de absorbție scăzută: absorbtivitatea inerent scăzută a cuprului pentru lumina laser roșu este o constrângere fizică primară. Acest lucru este abordat printr-un design complet de-sistem de înaltă-rezistență la reflexie, care implică personalizare profundă de la arhitectura echipamentelor la parametrii de proces pentru a optimiza eficiența transportului de energie.
2. Fereastra îngustă de proces: imprimarea cu laser roșu a pulberii de cupru necesită un control mai precis al procesului. Acest lucru este abordat prin utilizarea unui proces de fabricare a pulberii GHA (atomizare gaz) dezvoltat de sine pentru a produce pulbere de cupru de-puritate ridicată, cu o sfericitate mai mare sau egală cu 95% și conținut de oxigen.<200 ppm, providing a material foundation for process optimization.
3. Provocarea managementului termic: Conductivitatea termică ridicată a cuprului provoacă o disipare rapidă a căldurii. Prin „sinergia profundă” dintre pulbere, echipament și proces, s-a realizat o descoperire în stabilizarea conductibilității termice în intervalul de 400-410 W/(m·K), permițând performanței termice a componentelor imprimate 3D să revină la nivelul ideal tipic cuprului pur convențional.
Scenarii de aplicație: soluția cu laser roșu este deosebit de potrivită pentru aplicațiile în care sensibilitatea la costuri, producția de piese de format mare-loturi și cerințele extrem de ridicate de conductivitate termică sunt esențiale, cum ar fi plăcile de răcire cu lichid pentru centrele de date, schimbătoarele de căldură la scară mare-și substraturile de disipare a căldurii pentru electronica de putere.