La lega di rame è adatta alla stampa 3D di sistemi di raffreddamento degli stampi?

1. Il principale vantaggio prestazionale della lega di rame è che può condurre il calore e resistere al calore allo stesso tempo.
Le cose più importanti che il sistema di raffreddamento dello stampo deve fare sono eliminare rapidamente il calore ed essere in grado di funzionare in impostazioni di alta-pressione e alta{{1}temperatura. La lega di rame è un ottimo materiale per i sistemi di raffreddamento della stampa 3D poiché ha grandi qualità fisiche.
Conduttività termica molto elevata: il rame puro ha una conduttività termica di 401 W/(m · K), ovvero da 8 a 10 volte quella dell'acciaio per stampi. Anche dopo essere stato trattato con una lega (come la lega CuCrZr), la sua conduttività termica rimane compresa tra 200 e 300 W/(m · K), che è molto superiore a quella dei materiali di raffreddamento standard. Questa proprietà consente al sistema di raffreddamento della lega di rame di eliminare rapidamente il calore dello stampo, riducendo il ciclo di stampaggio. Dopo aver utilizzato canali dell’acqua di raffreddamento stampati in 3D in lega di rame per un certo stampo di paraurti di un’automobile, il tempo necessario per realizzare un pezzo è passato da 18 secondi a 12 secondi e la quantità di energia utilizzata è diminuita del 22%.
Resistenza alla fatica termica: la temperatura superficiale dello stampo cambia molto in situazioni di alta pressione e velocità. La lega di rame è molto più resistente alla fatica termica rispetto all'acciaio e il suo coefficiente di dilatazione termica è adatto a quello dell'acciaio per stampi. Ciò riduce la probabilità di crepe dovute allo stress termico. Dopo 10.000 cicli ad una temperatura elevata di 600 gradi, i dati sperimentali mostrano che la lega CuCrZr ha ancora più del 90% della sua resistenza iniziale. La sua durata è più di tre volte quella degli stampi tipici.
Le leghe di rame sono naturalmente resistenti agli ioni cloruro, ai solfuri e ad altre sostanze corrosive presenti nel liquido di raffreddamento. Sono particolarmente indicati per situazioni corrosive come l'ingegneria navale e gli stampi chimici. L'aggiunta di piccole quantità di nichel, zirconio e altri elementi può renderlo ancora più resistente alla corrosione e far durare più a lungo il sistema di raffreddamento.
2. 3Adattabilità del processo di stampa D: superare i limiti della produzione convenzionale
Ci sono due problemi principali con la lavorazione tradizionale delle leghe di rame: in primo luogo, l'elevata conduttività termica del bagno fuso fa perdere rapidamente calore, il che può causare difetti come delaminazione e arricciamento; In secondo luogo, l’elevata riflettività (fino al 98% per un laser da 1064 nm) rende difficile l’utilizzo della tipica tecnologia SLM. L’innovazione dei processi ha aiutato la tecnologia di stampa 3D a superare diversi problemi:
Tecnologia SLM laser verde: un laser verde con lunghezza d'onda di 515 nm aumenta il tasso di assorbimento della luce verde da parte del rame al 40%, ovvero 8 volte superiore a quello di un laser nel vicino-infrarosso. L'attrezzatura TruPrint 5000 versione verde dell'azienda tedesca Tongkuai può stampare acceleratori quadrupolari RF in rame puro con una densità del 99,95% e una conduttività del 100% IACS. Regolando lo spot di concentrazione (25 μm) e l’approccio di scansione, questa tecnologia rende la stampa della lega di rame tre volte più efficiente rispetto ai metodi esistenti.
La tecnologia di fusione a fascio di elettroni (EBM) utilizza un fascio di elettroni come fonte di calore per evitare problemi con elevata riflettività e un'atmosfera sotto vuoto per impedire l'ossidazione del rame. La rugosità superficiale Ra delle parti in lega di rame stampate da EBM è inferiore o uguale a 6,3 μm, il che significa che possono essere utilizzate immediatamente per stampi di precisione senza alcuna procedura aggiuntiva. Ma la configurazione di questa tecnologia è molto costosa e per ora viene utilizzata principalmente in settori-di fascia alta come quello aerospaziale.
Deposizione di energia diretta tramite laser (LP-DED): il problema del "cordone di saldatura" nella produzione additiva in leghe di rame viene risolto "aumentando l'energia laser". Durante la stampa della lega CuCrZr, il team di ricerca dell'Indian National Institute of Technology ha utilizzato una bassa potenza di 200 W per i primi tre strati per assicurarsi che aderissero al substrato. Hanno quindi aumentato la potenza a 1.000 W per eguagliare la conduttività termica del materiale, che ha portato a una densità del 97,47% e una conduttività termica di 168,3 W/(m · K).
3. Un esempio di come funziona un'industria: passare dal laboratorio alla linea di produzione
Lo stabilimento Tesla di Shanghai utilizza un sistema di raffreddamento in lega di rame-stampato in 3D per riparare enormi stampi per pressofusione-nel settore degli stampi automobilistici. Sono necessarie solo 72 ore per riparare i danni causati dallo stampo e riportare la produzione in carreggiata, con un tempo pari al 90% più veloce rispetto ai normali processi di riparazione. Il design di raffreddamento conformato rende la temperatura dello stampo più uniforme dell'80% e il tasso di qualificazione del prodotto sale dal 92% al 98%.
Un produttore di telefoni cellulari ha utilizzato la stampa 3D in lega di rame per realizzare rapidamente stampi di produzione di prova, riducendo così il tempo necessario per sviluppare un nuovo dispositivo da 18 a 12 mesi. Il circuito dell'acqua di raffreddamento ha una topologia-struttura ottimizzata che migliora la trasmissione del calore del 120% con la stessa potenza della pompa. Ciò riduce notevolmente la possibilità che il prodotto si deformi o si deformi.
Nel settore aerospaziale, l'Orsa Maggiore ha realizzato la prima camera di combustione per razzi stampata in 3D-a base di rame-. Il design del canale di raffreddamento integrato ha abbassato la temperatura della parete della camera di combustione di 300 gradi e il suo peso del 40%. La parte è realizzata in lega CuCrZr ed è stata testata 1000 volte a una pressione di 6 MPa senza rompersi, dimostrando che la lega di rame stampata in 3D è affidabile in condizioni difficili.