Alkalmas-e a rézötvözet formahűtő rendszerek 3D nyomtatására?

1. A rézötvözet fő teljesítménybeli előnye, hogy egyszerre képes hőt vezetni és ellenállni a hőnek.
A legfontosabb dolog, amit a formahűtőrendszernek meg kell tennie, hogy gyorsan megszabaduljon a hőtől, és képes legyen magas{0}}nyomáson és magas hőmérsékleten{1}} működni. A rézötvözet kiváló anyag a 3D nyomtatási hűtőrendszerekhez, mivel kiváló fizikai tulajdonságai vannak.
Nagyon magas hővezető képesség: A tiszta réz hővezető képessége 401 W/(m · K), ami 8-10-szerese a formaacélnak. Még ötvözettel (például CuCrZr ötvözet) történő kezelés után is 200 és 300 W/(m · K) között marad a hővezető képessége, ami sokkal magasabb, mint a szabványos hűtőanyagoké. Ez a tulajdonság lehetővé teszi, hogy a rézötvözet hűtőrendszer gyorsan megszabaduljon a penész hőjétől, ami lerövidíti a formázási ciklust. Miután rézötvözetből 3D nyomtatott hűtővízcsatornákat használtak egy bizonyos gépjármű lökhárító formához, az egy darab elkészítési ideje 18 másodpercről 12 másodpercre csökkent, és a felhasznált energia mennyisége 22%-kal csökkent.
Hőfáradással szembeni ellenállás: A forma felületi hőmérséklete nagy nyomás és sebesség esetén nagyon megváltozik. A rézötvözet sokkal jobban ellenáll a hőfáradásnak, mint az acél, és a hőtágulási együtthatója jól illeszkedik az öntőacélhoz. Ez csökkenti a hőterhelés miatti repedés valószínűségét. 10 000 ciklus után, 600 fokos magas hőmérsékleten, a kísérleti adatok azt mutatják, hogy a CuCrZr ötvözet még mindig több mint 90%-a kezdeti szilárdságának. Élettartama több mint háromszorosa a tipikus penészformákénak.
A rézötvözetek természetesen ellenállnak a hűtőfolyadékban lévő kloridionoknak, szulfidoknak és egyéb korrozív anyagoknak. Különösen jók olyan korrozív helyzetekben, mint a haditengerészet és a vegyi formák. Kis mennyiségű nikkel, cirkónium és egyéb elemek hozzáadásával még jobban ellenáll a korróziónak, és hosszabb ideig tarthatja a hűtőrendszert.
2. 3A D-nyomtatási folyamat alkalmazkodóképessége: a hagyományos gyártás korlátainak leküzdése
Két fő probléma van a hagyományos rézötvözet-feldolgozással: először is, az olvadt medence magas hővezető képessége miatt gyorsan veszít hőből, ami olyan hibákat okozhat, mint a rétegvesztés és a hullámosodás; Másodszor, a nagy fényvisszaverő képesség (1064 nm-es lézer esetén akár 98%) megnehezíti a tipikus SLM technológia használatát. A folyamatinnováció segítette a 3D nyomtatási technológiát számos probléma leküzdésében:
Zöld lézeres SLM technológia: Az 515 nm-es hullámhosszú zöld lézer 40%-ra növeli a réz zöldfény-elnyelési arányát, ami 8-szor magasabb, mint egy közeli-infravörös lézeré. A német Tongkuai cég TruPrint 5000 zöld verziójú berendezése 99,95%-os sűrűségű és 100%-os IACS vezetőképességű tiszta réz RF kvadrupól gyorsítókat képes nyomtatni. A koncentráló pont (25 μm) és a szkennelési megközelítés beállításával ez a technológia háromszor hatékonyabbá teszi a rézötvözet nyomtatását, mint a meglévő módszerek.
Az elektronsugaras olvasztási (EBM) technológia elektronsugarat használ hőforrásként, hogy elkerülje a nagy fényvisszaverő képességgel kapcsolatos problémákat, és vákuum atmoszférát használ a réz oxidációjának megakadályozására. Az EBM által nyomtatott rézötvözet alkatrészek Ra felületi érdessége legfeljebb 6,3 μm, ami azt jelenti, hogy azonnal felhasználhatók precíziós formákhoz, minden extra eljárás nélkül. Ennek a technológiának a telepítése azonban sokba kerül, és jelenleg leginkább olyan csúcskategóriás-területeken használják, mint a repülés.
Lézerrel irányított energialerakódás (LP{0}}DED): A rézötvözet-adalékanyagok gyártásának „hegesztőgyöngy” problémáját a „lézerenergia növelése” javítja. CuCrZr ötvözet nyomtatása során az Indiai Nemzeti Technológiai Intézet kutatócsoportja alacsony, 200 W-os teljesítményt használt az első három réteghez, hogy megbizonyosodjon arról, hogy azok ragaszkodnak az aljzathoz. Ezután 1000 W-ra emelték a teljesítményt, hogy megfeleljenek az anyag hővezető képességének, ami 97,47%-os sűrűséget és 168,3 W/(m · K) hővezetőképességet eredményezett.
3. Példa egy iparág működésére: a labortól a gyártósorig
A Tesla sanghaji üzemében 3D-s-nyomtatott rézötvözet hűtőrendszert alkalmaznak az autóipari öntőformák hatalmas présöntvény-formáinak rögzítésére. Mindössze 72 órába telik a penészsérülések kijavítása és a termelés visszaállítása, ami 90%-kal gyorsabb a normál javítási folyamatoknál. A konform hűtési kialakítás 80%-kal egyenletesebbé teszi a forma hőmérsékletét, és a termék minősítési aránya 92%-ról 98%-ra nő.
Egy mobiltelefon-gyártó rézötvözet 3D-nyomtatást alkalmazott, hogy gyorsan próbagyártású formákat készítsen, ami 18 hónapról 12 hónapra csökkentette az új eszköz kifejlesztéséhez szükséges időt. A hűtővízkör topológiája-optimalizált, amely 120%-kal jobb hőátadást tesz lehetővé azonos szivattyúteljesítmény mellett. Ez nagymértékben csökkenti a termék deformálódásának vagy deformálódásának esélyét.
Az űrhajózás területén az Ursa Major elkészítette az első réz{0}}alapú 3D-nyomtatott rakéta égésterét. Integrált hűtőcsatorna kialakítása 300 fokkal csökkentette az égéstér falának hőmérsékletét, súlyát pedig 40%-kal. Az alkatrész CuCrZr ötvözetből készült, és 1000-szer tesztelték 6 MPa nyomáson törés nélkül, bizonyítva, hogy a 3D nyomtatott rézötvözet megbízható zord körülmények között is.