Er kobberlegering velegnet til 3D-print af formkølesystemer?

1. Den største ydeevnefordel ved kobberlegering er, at den kan lede varme og modstå varme på samme tid.
De vigtigste ting, som formkølesystemet skal gøre, er at komme hurtigt af med varmen og være i stand til at arbejde under høje-tryk og høje-temperaturindstillinger. Kobberlegering er et fantastisk materiale til 3D-print kølesystemer, da det har store fysiske kvaliteter.
Meget høj varmeledningsevne: Rent kobber har en varmeledningsevne på 401 W/(m · K), hvilket er 8 til 10 gange større end formstål. Selv efter at være blevet behandlet med en legering (som CuCrZr-legering), forbliver dens termiske ledningsevne mellem 200 og 300 W/(m · K), hvilket er meget højere end standard kølematerialer. Denne egenskab lader kobberlegeringskølesystemet hurtigt slippe af med formvarme, hvilket forkorter støbecyklussen. Efter at have brugt 3D-printede kølevandskanaler af kobberlegering til en bestemt bilstødfanger, gik tiden det tog at lave et stykke fra 18 sekunder til 12 sekunder, og mængden af ​​brugt energi faldt med 22 %.
Modstandsdygtighed over for varmetræthed: Formens overfladetemperatur ændrer sig meget i situationer med højt tryk og hastighed. Kobberlegering er langt mere modstandsdygtig over for termisk træthed end stål, og dens termiske udvidelseskoefficient passer godt til formstål. Dette mindsker sandsynligheden for revner på grund af termisk stress. Efter 10.000 cyklusser ved en høj temperatur på 600 grader viser eksperimentelle data, at CuCrZr-legeringen stadig har mere end 90% af sin oprindelige styrke. Dens levetid er mere end tre gange så lang som typiske skimmelsvampe.
Kobberlegeringer er naturligt modstandsdygtige over for chloridioner, sulfider og andre ætsende stoffer i kølevæske. De er især gode til ætsende situationer som flådeteknik og kemiske forme. Tilsætning af små mængder nikkel, zirconium og andre elementer kan gøre det endnu mere modstandsdygtigt over for korrosion og hjælpe kølesystemet til at holde længere.
2. 3D-printprocestilpasning: overvindelse af begrænsningerne ved konventionel fremstilling
Der er to hovedproblemer med traditionel kobberlegering: For det første får den smeltede pools høje termiske ledningsevne det til at miste varme hurtigt, hvilket kan forårsage fejl såsom delaminering og krølning; For det andet gør den høje reflektivitet (op til 98 % for en 1064nm laser) det svært at bruge typisk SLM-teknologi. Procesinnovation har hjulpet 3D-printteknologi med at overvinde flere problemer:
Grøn laser SLM-teknologi: En grøn laser med en bølgelængde på 515 nm øger kobbers absorptionshastighed af grønt lys til 40 %, hvilket er 8 gange højere end en nær-infrarød laser. TruPrint 5000-udstyret med grønne versioner fra det tyske firma Tongkuai kan printe RF-quadrupole acceleratorer i rent kobber med en tæthed på 99,95 % og en ledningsevne på 100 % IACS. Ved at justere koncentrationspunktet (25 μm) og scanningstilgangen gør denne teknologi udskrivning af kobberlegering tre gange mere effektiv end eksisterende metoder.
Elektronstrålesmeltning (EBM) teknologi bruger en elektronstråle som varmekilde for at undgå problemer med høj reflektivitet og en vakuumatmosfære for at forhindre kobber i at oxidere. Overfladeruheden Ra af kobberlegeringsdele trykt af EBM er mindre end eller lig med 6,3 μm, hvilket betyder, at de kan bruges med det samme til præcisionsstøbeforme uden ekstra procedurer. Men denne teknologi koster meget at konfigurere, og i øjeblikket bruges den mest i-avancerede områder som rumfart.
Laserrettet energiaflejring (LP-DED): Problemet med "svejsestreng" i fremstilling af kobberlegeringsadditiv løses ved at "øge laserenergien." Ved udskrivning af CuCrZr-legering brugte forskerholdet fra Indian National Institute of Technology en lav effekt på 200W til de første tre lag for at sikre, at de klæbede til underlaget. De hævede derefter effekten til 1000W for at matche materialets termiske ledningsevne, hvilket førte til en tæthed på 97,47% og en termisk ledningsevne på 168,3 W/(m · K).
3. Et eksempel på, hvordan en industri fungerer: at gå fra laboratoriet til produktionslinjen
Teslas anlæg i Shanghai anvender et 3D-trykt kobberlegeringskølesystem til at reparere enorme-støbeforme i bilindustrien. Det tager kun 72 timer at reparere skimmelsvampe og få produktionen tilbage på sporet, hvilket er 90 % hurtigere end normale reparationsprocesser. Det konforme køledesign gør formtemperaturen mere jævn med 80%, og produktkvalifikationsgraden stiger fra 92% til 98%.
En mobiltelefonproducent brugte kobberlegering 3D-print til hurtigt at lave prøveproduktionsforme, som reducerede den tid, det tager at udvikle en ny enhed, fra 18 måneder til 12 måneder. Kølevandskredsløbet har en topologi-optimeret konstruktion, der gør varmetransmissionen 120 % bedre ved samme pumpeeffekt. Dette mindsker i høj grad risikoen for, at produktet deformeres eller deformeres.
I rumfartsområdet lavede Ursa Major det første kobber-baserede 3D-trykte raketforbrændingskammer. Dens integrerede kølekanaldesign sænkede temperaturen på forbrændingskammervæggen med 300 grader og dens vægt med 40%. Delen er bygget af CuCrZr-legering og er blevet testet 1000 gange ved et tryk på 6MPa uden at gå i stykker, hvilket beviser, at 3D-printet kobberlegering er pålidelig under barske forhold.