Промышленные применения AT & 3D решений для профессионалов

Взгляд на уникальность 3D-печати медью технологией EBM.

Новый процесс аддитивного производства из чистой меди - маленькое лазерное пятно, малая толщина слоя

 

Медь один из наиболее широко используемых металлов, поэтому в последнее время она стала привлекать все большее внимание для применения его в аддитивном производстве. Электронный луч как тепловой источник подходит для использование его в аддитивном производстве 3D-печати из меди и медных сплавов благодаря высокой скорости преобразования энергии и высокой скорости построения детали в рабочей камере. В этой статье представлены последние достижения в области технологии электронно-лучевого плавления (EBM) для 3D-печати медью и медных сплавов.

Китайская компания 3D Science Valley внедрила на китайском рынке систему анализа для аддитивного производства. Она добилась прогресса благодаря внедрения ее в исследования рынка и анализу за последние годы. Являясь платформой для подключения 3D-оборудования как для отечественной, так и для зарубежной промышленности в области аддитивного производства.

Согласно обзору рынка проведённым 3D Science Valley по мере того, как 3D-печать перемещается из аэрокосмической и медицинской областей в более широкий потребительский рынок, поэтому алюминиевые сплавы, нержавеющие стали и медные сплавы будут постепенно иметь больший спрос за счет расширения рынка потребления. Среди этих сплавов, по прогнозу AMPower, глобального стратегического партнера 3D Science Valley, ежегодный прирост сплавов из меди достигнет 46,6%.

Хотя, медь как материал широко используется в различных отраслях промышленности благодаря своим свойствам тепло- и электропроводности, ее внедрение в аддитивное производство не было быстрым по сравнению с сплавами на основе никеля и титана. Однако эта ситуация быстро меняется. Применение меди становится все более востребованной, поскольку аэрокосмическая и автомобильная промышленность начали присматриваться к аддитивному производству, чтобы ускорить свою производительность.

В этой статье рассмотрим применение и разработку технологии электронно-лучевого плавления компании GE в области использования меди и об уникальности электронно-лучевого плавления с использованием материала медь.

 

Свойства меди и использование ее в 3D-печати.

 

Чистая медь и медные сплавы широко используются в электроэнергетике, всевозможных радиаторах, трубопроводах, как декор благодаря ее превосходной электропроводности, теплопроводности, коррозионной стойкости и ударной вязкости. Также, медь широко используется в производстве авиационных и аэрокосмических двигателей, в компонентах камеры сгорания. Однако с ростом спроса на детали со сложной геометрией, традиционная технология производства постепенно перестала удовлетворять растущий спрос использования меди. Преимуществом технологии 3D-печати является возможность проектировать сложные структурные детали, без необходимости в создании пресс-форм, а также огромный потенциал применения.

Наблюдаемый на сегодняшний день интерес производителей к использованию меди в первую очередь обусловлен использование ее в электрификации, когда медные компоненты могут быть интегрированы в существующие системы. Увеличение количества возможных применений в электроэнергетике, также имело эффект домино, поскольку все больше и больше отраслей рассматривают возможность использования медных компонентов, производимых аддитивным производством для решения проблем в производстве различных двигателей, теплообменников или индукционных катушек.

Технология электронно-лучевого плавления (EBM) позволяет производить детали в небольших партиях, но с высоким качеством. Так как 3D-печать происходит в вакуумной среде, что значительно снижает вероятность загрязнения материала по сравнению с другими методами аддитивного производства, поэтому производимые детали из медных сплавов имеют высокую чистоту материала.

 

 Почему медь подходит для технологии EBM

 

Аддитивное производство предоставляет пользователям преимущества, которые недоступны для традиционного метода производства, такие как сложные внутренние каналы охлаждения или превосходные механические свойства. В каждой технологии аддитивного производства есть присущие ей преимущества, но использование вакуума в рабочей камере 3D-принтеров электронно-лучевого плавления (EBM) оказалось идеальной средой для производства деталей из меди.

С одной стороны, это связано с поглощением энергии, а способность меди поглощать энергию в значительной степени зависит от длины волны энергии. Например, чистая медь поглощает 80 % энергии электронного луча и только 2 % энергии красного лазера. Используя 3D-печать электронно-лучевого плавления(EBM), дополнительная энергия, которая поглощается медью, облегчает плавление и затвердевание в  детали сложной геометрии. Эту проблему можно решить другими способами, добавляя в медный сплав другие элементы, но это значительно снижает электро- и теплопроводность при одновременном улучшении механических свойств материала.

Еще один аспект, который следует учитывать, загрязнение материала при 3D-печати. Порошковое сырье для аддитивного производства обычно состоит из частиц размером от 10 мкм до 120 мкм, в зависимости от модальности. В свою очередь, площадь поверхности, доступная для поглощения кислорода (также известного как окисление), выше, чем в обычных производственных процессах. Окисление является проблемой для многих форм добавок, особенно для чистой меди, однако вакуумная среда электронно-лучевого плавления (EBM) предотвращает загрязнение выращиваемой детали кислородом во время процесса. Поскольку присутствие кислорода в меди снижает электропроводность, технология электронно-лучевого плавления (EBM) используя вакуумную среду внутри рабочей камеры решает эту проблему и в результате после 3D-печати получает детали с улучшенными свойствами. 

В сравнении с другими технологиями аддитивного производства электронно-лучевое плавление (EBM) предлагает уникальное сочетание геометрической свободы, высокой производительности и высокой электропроводности. Тем не менее, предстоит проделать определенную работу, для того чтобы аддитивное производство стало производить 3D-печать медных деталей в серийном производстве. Хотя внутренняя среда построения детали не содержит кислорода, медные сплавы все же могут поглощать кислород во время хранения, обработки или сортировки. Таким образом, весь процесс от хранения до 3D-печати детали имеет решающее значение для обеспечения качества детали, а не только вакуумная среда в рабочей камере.

 

Медь для электрического применения

 

Спрос на компоненты из чистой меди для электрических применений имеет долгую историю, особенно в автомобильной и аэрокосмической отраслях. В этих отраслях есть несколько применений, где медные детали, изготовленные с помощью электронно-лучевого плавления (EBM), привлекают клиентов из-за их свойств электропроводности, а также их способности создавать детали сложной геометрии, которые могут заполнять существующие пространства в системах двигателя.

Хорошим примером являются медные шины. Согласно общедоступной рыночной информации, мировой рынок медных шин достиг 28,3 млрд юаней в 2019 году и, как ожидается, достигнет 31,9 млрд юаней в 2026 году, при совокупном годовом темпе роста (CAGR) 1,7%.

Использование электронно-лучевого плавления (EBM) для создания медных шин улучшает свойства материала, по сравнению с медными шинами произведенными традиционным способом. Технология электронно-лучевого плавления (EBM) позволяет производить детали с внутренними каналами, которые действуют как механизм охлаждения. Медная шина будет иметь меньшую тепловую нагрузку, а электропроводность может быть улучшена по сравнению с медными шинами без внутренних каналов охлаждения.

 

 Развенчание заблуждений о EBM

 

Многие неправильно понимают, что технологией электронно-лучевого плавления (EBM) невозможно создать внутренние каналы охлаждения используя медь в сложных геометриях построения. Для других материалов это утверждение в какой-то степени верно, так как после завершения 3D-печати они образуют цельную сплавленную деталь, что затрудняет удаление остаточного порошка во время постобработки. Однако правила игры изменились, эти проблемы не существуют с медью.

Процесс электронно-лучевого плавления (EBM) только слегка сплавляет медь, поэтому не сплавленный материал можно легко удалить во время постобработки, по сравнению с титановым материалом Ti-64. Еще одно заблуждение состоит в том, что большинство сборных медных шин уже имеют внутренние каналы, что не соответствует действительности. Возможность создания этих внутренних охлаждающих каналов в медных деталях с помощью аддитивного производства может помочь повысить производительность деталей до уровней, недостижимых традиционным производством.

 

 Источник: www.3dsciencevalley.com 

Поделиться статьёй: