Polvo de cobre para impresión 3D
Índice
Visión general de Polvo de cobre para impresión 3D
El polvo de cobre para impresión 3D es un polvo metálico de cobre puro o aleaciones de cobre que se utiliza como materia prima en diversas tecnologías de impresión 3D para fabricar piezas y productos de cobre de uso final.
Algunas de las principales propiedades y ventajas de utilizar la impresión 3D con polvo de cobre son:
- Alta conductividad eléctrica y térmica deseada para aplicaciones electrónicas
- Índices de maquinabilidad muy elevados para un buen acabado y postprocesado
- Excelentes propiedades mecánicas como resistencia y ductilidad
- Resistencia a la corrosión gracias a la formación de una capa protectora de óxido de cobre
- Biocompatible para dispositivos médicos e implantes
- Ventaja de costes en comparación con el mecanizado convencional del cobre
Varios procesos de impresión 3D de metal utilizan polvo de cobre, por lo general:
Tipos de impresión 3D con polvo de cobre
Tecnología de impresión 3D | Descripción |
---|---|
Chorro aglomerante | Pega el polvo de cobre con aglutinantes líquidos |
Deposición de energía dirigida (DED) | Utiliza láser o haz de electrones para fundir polvo de cobre |
Fusión selectiva por láser (SLM) | El láser funde y fusiona selectivamente el lecho de polvo de cobre |
Estas técnicas de fabricación aditiva permiten crear geometrías complejas con cobre inviables mediante fundición o mecanizado. Las piezas pueden fabricarse bajo demanda sin herramientas ni moldes.
Ahora vamos a profundizar en los grados de cobre para impresión 3D, propiedades, aplicaciones, especificaciones, precios, comparaciones y mucho más.
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Composición de Polvo de cobre para impresión 3D
Existen varios tipos principales de polvos metálicos de cobre utilizados en la fabricación aditiva:
Composiciones del polvo de cobre para impresión 3D
Tipo de polvo | Composición típica |
---|---|
Cobre puro | 99,7% Cu mínimo |
Aleación de cobre y estaño | Aleación de bronce Cu-10Sn |
Aleación de cobre y níquel | 90Cu-10Ni o 70Cu-30Ni |
Características de las piezas de cobre puro impresas en 3D
- Excelente conductividad eléctrica para la electrónica
- Material dúctil que permite el tratamiento posterior
- El recocido puede aumentar aún más la ductilidad
- Baja dureza a 100 HV tras la impresión
Pros
- Máxima conductividad térmica y eléctrica
- Fácil de mecanizar, chapar y revestir después de la construcción
- Biocompatible para usos médicos
- La soldadura de metales distintos se simplifica
Contras
- Texturas y rasgos suaves de baja resistencia
- Riesgo de delaminación entre capas
- Formación de película de óxido propensa a la contaminación
Características de las piezas de bronce Cu-Sn impresas en 3D
- Mejores propiedades mecánicas con la aleación de estaño
- Hasta el doble de dureza y resistencia
- Mover el acabado superficial resistente al desgaste
- Mayor resistencia a la temperatura
Pros
- Piezas más fuertes para resistir la deformación
- Permite imprimir detalles y texturas finas
- Pequeñas cantidades de estaño mejoran las propiedades
- Buena resistencia a la corrosión
Contras
- Menor conductividad térmica y eléctrica
- Una mayor densidad aumenta el peso
- Sigue necesitando soportes durante la impresión
Características de las piezas de aleación Cu-Ni impresas en 3D
- Excelente combinación de resistencia y conductividad
- Mantiene una alta ductilidad y propiedades térmicas
- Añade dureza para proteger contra el desgaste
- Se suelda bien con otros componentes de cobre
Pros
- Propiedades ajustables que equilibran resistencia, dureza y conductividad
- Piezas resistentes capaces de soportar tensiones
- Sólo el níquel 10% duplica el límite elástico
- Un punto de fusión más bajo favorece la impresión a baja temperatura
Contras
- No biocompatible para productos sanitarios
- El níquel puede iniciar la corrosión galvánica
- Costes de material más elevados que el cobre puro
Aplicaciones del cobre impreso en 3D
Gracias a las propiedades versátiles de este material, la impresión 3D con polvo de cobre se utiliza en todos los sectores:
Aplicaciones de la impresión 3D de polvo de cobre
Industria | Aplicaciones comunes |
---|---|
Electrónica | Interconexiones, contactos, terminales, blindaje EMI |
Eléctrico | Barras conductoras, bobinados de rotor, electroimanes |
Intercambiadores de calor | Disipadores de calor, evaporadores, condensadores |
Automoción | Puntas de soldadura, casquillos, cojinetes |
Arquitectura | Fachadas decorativas, paneles, modelado |
Médico | Electrodos, GREENs, implantes, herramientas quirúrgicas |
Algunos ejemplos concretos de productos son:
Electrónica: Trazas conductoras, cables, antenas, baterías, sensores
Automóvil: Cajas de luz, racores rápidos, insertos roscados
Aeroespacial: Soportes, componentes de control de par, hardware de radio
Bienes de consumo: Botones, cierres, cremalleras, piezas decorativas
Hardware: Engranajes, cierres, muelles, elementos de fijación como tuercas y tornillos
Aprovechar las propiedades del cobre en la impresión 3D permite crear geometrías innovadoras imposibles con métodos sustractivos que pueden mejorar la funcionalidad y la eficiencia.
Especificaciones del polvo metálico de cobre para impresión 3D
Los fabricantes de impresoras 3D caracterizan el polvo de cobre en función de parámetros como:
Especificaciones del polvo de cobre para impresión 3D
Parámetro | Gama de especificaciones típicas |
---|---|
Forma de polvo | Predominantemente esférico |
Tamaños | 15-45 micras |
Densidad aparente mínima | 3,5 g/cm3 |
Espesor típico de la capa | 20-100 micras |
Caudal | >=25 seg para 50 g |
Oxígeno residual | 0,3% máx. |
Otras medidas importantes del polvo:
- Densidad del grifo: Tras la sedimentación oscila entre 4-4,5 g/cm3
- Caudal Hall: Tiempo necesario para que 50 g de polvo pasen por la abertura del embudo
- Ratio de Hausner: La densidad del grifo dividida por la densidad aparente indica la fluidez
La distribución estrecha garantiza un esparcimiento denso y uniforme del polvo durante la impresión. El bajo nivel de oxígeno evita el exceso de óxidos que impiden la unión de las capas.
Precios, proveedores y comparaciones del polvo metálico de cobre
Los costes del polvo de cobre fluctúan en función de los precios del mercado, la composición, la cantidad y la ubicación de la fuente:
Comparación de costes del cobre en polvo
Tipo | Precio medio | Proveedores clave |
---|---|---|
Cobre puro | $50-80 por kg | AP&C, Sandvik Osprey, Carpenter Additive |
Bronce Cu-10Sn | $55-90 por kg | ECKA Granules, BASF Additive Mfg, LPW Technology |
Aleación CuNi10 | $65-105 por kg | Linde, Arconic Components, Praxair |
Comprar grados de alta pureza a fabricantes de polvo metálico certificados garantiza una calidad fiable. Los proveedores extranjeros ofrecen opciones más baratas, pero pueden carecer de consistencia.
Cuando compare materiales de polvo de cobre para un trabajo de impresión, tenga en cuenta:
Ventajas e inconvenientes de los distintos polvos de cobre
Tipo | Pros | Contras |
---|---|---|
Cobre puro | Máximo rendimiento térmico/eléctrico<br>Menor coste | Piezas blandas propensas al desgaste<br>Riesgo de delaminación |
Aleación de bronce y cobre | Componentes más resistentes<br>Mejor resolución de los detalles finos | Componentes más pesados<br>Menor conductividad |
Cobre-níquel | Resistencia equilibrada más conductividad <br>Fricción/desgaste controlados | No biocompatible<br>Más difícil de mecanizar |
En resumenEl cobre puro se adapta a las necesidades de la electrónica, haciendo hincapié en la conductividad y la ductilidad a bajo coste, mientras que las aleaciones satisfacen mejor los requisitos mecánicos con mayor resistencia y dureza.
Parámetros de impresión, umbrales y recomendaciones
La clave para utilizar con éxito el polvo de cobre es conseguir unos ajustes de impresión óptimos:
Ajustes del perfil de impresión para polvo de cobre
Parámetro | Alcance típico | Recomendaciones |
---|---|---|
Grosor de la capa | 20-100 micras | Las capas más finas mejoran la unión entre capas |
Potencia del láser (para SLM) | 100-500 W | Mayor densidad y humectación a mayor potencia |
Velocidad de exploración | 100-500 mm/s | Las velocidades más rápidas reducen la entrada de calor y la tensión residual |
Tamaño del haz | 20-100 micras | Diámetro del láser próximo al grosor de la capa |
Estructuras de apoyo | Árbol | Evite el alabeo y elimínelo con el postprocesado |
Gas de protección | argón o nitrógeno | Evitar la oxidación durante la construcción |
Calentamiento de la placa | 50-250°C | Disipador térmico una vez depositado si el enfriamiento es demasiado rápido |
Alivio del estrés | Recocido 1-3 h a 400°C | Reducir las tensiones residuales fomentando la integridad de la capa |
Prensado isostático en caliente | 1000-10000 psi a 500-950°C | Aumentar la densidad colapsando los vacíos |
Acabado de superficies | Volteo, mecanizado, esmerilado, pulido, etc. | Suavizar la rugosidad de la superficie |
La supervisión del tamaño y las temperaturas del baño de fusión ayuda a calibrar en tiempo real los parámetros del láser. Adapte la entrada de energía al área de impresión para lograr una buena fusión sin exceso de calentamiento.
Para piezas de alta calidadLa gestión térmica es clave, junto con la mitigación de la tensión residual mediante ciclos estratégicos de calentamiento/enfriamiento durante la impresión, así como tratamientos térmicos posteriores a la fabricación. Aproveche los métodos estándar de metalistería/mecanizado para el acabado de los componentes impresos en cobre.
Normas industriales para la impresión 3D con polvos metálicos
Organismos de normalización para la fabricación aditiva de metales
Organización | Normas pertinentes de Metal AM |
---|---|
ASTM Internacional | F3049, F2971, F3184, F3301, etc., para aleaciones sensibles, requisitos de proceso, calidades |
Organización Internacional de Normalización (ISO) | ISO/ASTM 52915, 52921 que cubren el diseño, los procesos, los ensayos |
SAE Internacional | AMS7001A Especificaciones de materiales y procesos aeroespaciales |
Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) | BPVC Sección IX Códigos de soldadura |
Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) | Datos y ciencia de la medición del polvo de cobre de referencia |
Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) | Evaluación comparativa IEC 62890 del rendimiento del proceso de fusión de lechos de polvo metálico |
En ellos se comparten las mejores prácticas y se cuantifican criterios de rendimiento repetibles para cualificar las piezas para su uso final.
Para componentes aeroespaciales y de aviaciónAdemás, es necesario cumplir otras normas de la CAA y la FAA. Automoción Las piezas también hacen referencia a las especificaciones UL, A2LA y NADCAP.
En aplicaciones de productos sanitariosEl cumplimiento de la normativa de la FDA y la CE es obligatorio antes de la comercialización para garantizar la biocompatibilidad y la seguridad del paciente.
En general, las normas sincronizan el desarrollo tecnológico en todo el sector de la fabricación aditiva de metales.
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Preguntas frecuentes
P: ¿Cómo elegir la aleación de cobre adecuada para mi aplicación?
R: La mayoría de los productos se centran en la resistencia, la dureza y el desgaste o en la conductividad térmica/eléctrica. El ajuste de los elementos de aleación, como el estaño o el níquel, permite optimizar las propiedades a medida.
P: ¿Necesita el polvo de cobre una protección de gas inerte al imprimir?
R: Sí, el calentamiento del polvo de cobre a altas temperaturas provoca una oxidación superficial que hace perder elementos de aleación. El blindaje con argón o nitrógeno evita la pérdida excesiva de material.
P: ¿Qué causa las grietas entre capas al imprimir cobre en 3D?
R: Las velocidades de enfriamiento diferenciales y la contracción de la aleación pueden introducir tensiones que provoquen grietas entre las capas. La mejora de los controles térmicos durante la fabricación y los tratamientos térmicos de alivio de tensiones posteriores al proceso reducen estos defectos.
P: ¿Por qué mi pieza de cobre impresa en 3D tiene un acabado superficial y una textura deficientes?
R: Una fusión insuficiente de las partículas de polvo debido a la baja potencia del láser provoca texturas porosas desiguales que requieren un mecanizado de acabado exhaustivo. La calibración de la impresión, un solapamiento adecuado de las capas y una mayor densidad de energía mejoran la calidad de la superficie.
P: ¿Es muy cara la impresión directa sobre metal con polvo de cobre?
R: Sí, tanto los costes del sistema de impresión, que superan los $100.000, como las compras recurrentes de polvo metálico hacen que resulte prohibitivo para pequeñas producciones. Sin embargo, el coste por pieza se reduce significativamente para series de producción de volumen debido a la ausencia de requisitos de utillaje.
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