Аддитивное производство Медь

Медь, используемая в аддитивном производстве, находит все более широкое применение во всех методах аддитивного производства, позволяя изготавливать высокопроводящие детали с полезными механическими характеристиками. Будучи одним из немногих металлов, используемых в процессах порошкового наплавления, струйного нанесения связующего и направленного энергетического осаждения, понимание ключевых свойств порошка обещает рост областей применения.

Обзор из аддитивное производство меди

Аддитивное производство с использованием медных обещаний:

• Электро- и теплопроводность, превосходящая другие металлы
• Плотность аналогична плотности обычных технических сплавов
• Улучшенная пластичность по сравнению с такими материалами, как сталь или никель
• Возможность выбора легирования для изменения свойств
• Антимикробное поведение, обеспечивающее гигиеническое использование
• Возможность вторичной переработки, поддерживающая цели устойчивого развития

Детали с мелкими деталями, сложной геометрией и легкими конформными каналами могут быть изготовлены с учетом тепловых, электрических или механических нагрузок благодаря оптимальному выбору сплава и технологического процесса.

Потенциальные области применения включают охлаждение электроники, радиочастотные компоненты, литейные формы с конформным охлаждением и индивидуальные имплантаты. По мере того как аддитивные платформы будут наращивать объемы производства медных материалов, их применение будет расширяться во всех отраслях.

Виды медной пудры

В зависимости от метода производства, характеристик и семейства сплавов предлагаются различные типы порошкового сырья:

Тип	Описание	Размер частиц	Морфология	Кажущаяся плотность
Распыление газа	Элементарная медь, распыляемая в инертном газе	20-63 мкм	Округлые, сферические	3-4 г/куб. см
Распыление воды	Разбитые водой частицы меди	45-150 мкм	Неравномерный, пористый	∼2 г/куб. см
Электролитический	Медный порошок из электролитического процесса	5-200 мкм	Хлопьевидный, пористый	1-3 г/куб. см
Порошки сплавов	Предварительно легированные газоатомизированные CuCr1Zr, CuCo2Be и др.	20-45 мкм	Почти сферическая	3-4 г/куб. см

Порошки, распыляемые газом и сплавами, обладают текучестью и формой, подходящими для нужд AM.

аддитивное производство меди Состав

Различные варианты медных материалов для присадки:

Материал	Дополнения к сплаву	Характеристики
Чистая медь	–	Высокая проводимость, мягкость
Латунь	15-45% Zn	Более прочный, поддающийся обработке сплав
Бронза	5-12% Sn,	Повышенная прочность некоторых свинцовых бронз
Медно-никелевые	10-30% Ni	Контролируемое расширение, хорошие антикоррозийные свойства

Микроэлементы, такие как Pb, Fe, Sb, способствуют изменению свойств и технологичности. Конкретные составы настраиваются для получения желаемых электрических, тепловых и механических характеристик.

Свойства аддитивное производство меди

Новые возможности AM для меди основаны на полезных физических и функциональных характеристиках:

Физические свойства

Недвижимость	Чистая медь	Значение	Единица
Плотность	–	8.9	г/см3
Температура плавления	–	1085	°C
Теплопроводность	–	385	Вт/м-К
Электрическое сопротивление	–	1,72 x 10-6	ом-см
CTE	–	∼17	мкм/м-К

Плотность находится между алюминием и низкоуглеродистой сталью, а исключительная электропроводность превосходит альтернативные варианты металлов.

Механические свойства

Варьируется в зависимости от легирующих добавок после термообработки:

Недвижимость	Предел текучести	Прочность на разрыв	Удлинение	Твердость
Чистая медь	∼215 МПа	∼280 МПа	∼35%	∼60 HB
Латунь	∼450 МПа	∼650 МПа	∼35%	∼150 HB
Бронза	∼275 МПа	∼480 МПа	∼15%	∼120 HB
Медно-никелевые	∼550 МПа	∼750 МПа	∼30%	∼180 HB

Функциональные атрибуты

Параметр	Рейтинг	Единицы
Электропроводность	Отличный	%IACS
Теплопроводность	Отличный	Вт/м-К
Коррозионная стойкость	Умеренный	–
Биофункциональность	Антимикробная эффективность	–
Стойкость к термической усталости	Хороший	Циклы
Демпфирующие свойства	Очень хорошо	–

Эти характеристики помогают нацеливаться на электрические контакты, каркасы, теплообменники и т. д., используя быстроту АМ.

Производство из аддитивное производство меди

Установка для производства порошка из коммерческого сырья:

1. Плавление - Чистый медный катод индукционно расплавляется в контролируемой атмосфере

2. Распыление - Инертный газ под высоким давлением разбивает расплавленный поток на мелкие капли

3. Охлаждение и сбор порошка - Формирование и затвердевание частиц порошка

4. Просеивание - Многоступенчатая классификация позволяет получить фракции, специфичные для конкретного применения

5. Упаковка - Герметичные контейнеры с инертным газом обеспечивают стабильность хранения

Специальные сплавы перед распылением подвергаются вакуумной индукционной плавке. Переработка лома также позволяет получить подходящий порошок.

аддитивное производство меди Приложения

Новые области применения, в которых выгодно использовать возможности АМ меди:

Электроника

Отличная теплопроводность способствует отводу тепла от корпусов, сводя к минимуму проблемы расширения. Становятся возможными такие функции, как настраиваемые печатные теплоотводы или экраны.

Электрические компоненты

Низкое удельное сопротивление позволяет изготавливать легкие индукторы, шины, радиочастотные экраны с помощью аддитивного производства.

Износостойкие детали

Улучшение шероховатости поверхности с помощью AM способствует повышению износостойкости в таких областях применения, как подшипники, втулки и т.д.

Автомобильная промышленность

Сочетание прочности и гибкости позволяет использовать тонкостенные теплообменники, необходимые для терморегулирования батарей электромобилей.

Аэрокосмическая промышленность

Опыт, полученный при создании рубашки камеры ракетного двигателя, переносится на системы отвода тепла в самолетах, такие как паровые камеры.

Биомедицина

Антимикробное поведение способствует созданию индивидуальных имплантатов и протезов, адаптированных к биологическим интерфейсам.

аддитивное производство меди Технические характеристики

Ключевые характеристики порошка и показатели меди для AM:

Классы

Согласно стандарту MPIF 115 для порошков для аддитивного производства:

Тип	Диапазон размеров	Форма частиц	Кажущаяся плотность	Скорость потока
Сверхтонкий	15-25 мкм	Скругленный	≥ 2,5 г/куб. см	Ярмарка
Очень хорошо	25-45 мкм	Скругленный	≥ 3 г/куб. см	Хороший
Fine	45-75 мкм	Скругленный	≥ 3,5 г/куб. см	Хороший
Относительно грубый	75-100 мкм	Скругленный	≥ 4 г/куб. см	Очень хорошо

Меньшие размеры обеспечивают лучшее разрешение и качество поверхности, а более крупные частицы - экономию при наращивании.

Стандарты аддитивное производство меди

Основные протоколы испытаний порошка включают в себя:

• MPIF 115 - Аддитивное производство конструкционных деталей с применением порошковой металлургии
• ASTM B243 - Стандартный метод испытания порошковых металлургических порошков и компактов из меди и медных сплавов
• ISO 4490 - Определение распределения частиц по размерам для металлических порошков методом лазерной дифракции
• BSI PAS 139 - Спецификация для металлических деталей, изготовленных методом аддитивного производства

Они помогают определить качество исходного сырья для оптимального воспроизведения и надежности печатных деталей.

аддитивное производство меди Ценообразование

Репрезентативное ценообразование, 2023 год:

Тип	Цена
Распыляемый газ	$12-18 за кг
Атомизированная вода	$8-12 за кг
Специализированный сплав	$30-50 за кг

Более высокое распределение плотности, мелкие и однородные частицы имеют преимущество перед частицами неправильной морфологии и крупного размера.

Плюсы и минусы

Преимущества

• Очень высокая электро- и теплопроводность
• Полезное сочетание прочности и пластичности
• Антимикробные характеристики поверхности
• Отличная биофункциональность и биосовместимость
• Стабильность размеров при различных рабочих температурах
• Более быстрая передача тепла от тонких секций
• Подходит для контакта с пищевыми продуктами, жидкостями и газами

Недостатки

• Уступают по высокотемпературным характеристикам черным сплавам
• Более низкая твердость по сравнению со сплавами железа, кобальта и никеля
• Тяжелые по сравнению с легкими металлами, такими как алюминий, магний
• Более высокая стоимость материалов по сравнению со стальными аналогами
• Чувствительны к водородному охрупчиванию в определенных условиях

Понимание уникальных достоинств и ограничений обеспечивает оптимальное применение в отраслях, где медь открывает новые возможности.

аддитивное производство меди Поставщики

Ведущие мировые источники, предлагающие медный порошок для аддитивного производства:

Компания	Расположение штаб-квартиры
Sandvik Osprey	ВЕЛИКОБРИТАНИЯ
Металлические порошки Makin	ВЕЛИКОБРИТАНИЯ
Höganäs	Швеция
Гранулы ECKA	Германия
Kymera International	США
Шанхайская КННК	Китай

Эти известные производители металлических порошков теперь удовлетворяют растущий спрос на медь со стороны промышленных рынков 3D-печати, предлагая индивидуальные сорта. Индивидуальные услуги по толлинговой переработке увеличивают масштабируемость мощностей по производству медного порошкового сырья для AM-печати.

Вопросы и ответы

Вопрос	Отвечать
Что подразумевается под аддитивным производством меди?	Создание компонентов из металлического медного порошка в рамках слоистого порошкового синтеза или направленного энергетического осаждения
Какие различные типы медных порошков доступны для AM?	Газоатомизированная, водоатомизированная и электролитическая наряду с предварительно легированной латунью, бронзовыми порошками
Почему стоит выбрать медный материал для аддитивного производства?	Для обеспечения превосходной электро- и теплопроводности при сохранении прочности
Какой размер частиц медного порошка оптимален для лазерных процессов AM?	Как правило, это очень мелкие фракции размером от 25 до 45 микрон.
Какие этапы постобработки необходимы для медных компонентов, напечатанных методом ас-печати?	Горячее изостатическое прессование помогает достичь плотности ∼100%, после чего следует термообработка для получения оптимальной микроструктуры
Охватывают ли стандарты UNS марки меди для аддитивного производства?	Да, UNS C10100 для чистой меди, а также другие, например UNS C87850 для сплава CuCr1Zr.
Как улучшить качество поверхности медных деталей, изготовленных методом аддитивного производства?	Сочетание мелких фракций порошка, оптимизированной толщины слоя, последующей обработки и гальванического покрытия
Существуют ли какие-либо особые меры предосторожности при работе с медным порошком?	Да, рекомендуется использовать соответствующие средства защиты персонала, а также меры по предотвращению попадания мелкого порошка в воздух

Резюме

Аддитивное производство заметно расширяет гибкость производства медных компонентов, высвобождая новые геометрические формы и позволяя создавать легкие многофункциональные узлы в области электроники, электротехники и терморегулирования. По мере того как качество порошка будет поддерживать надежные механические характеристики на уровне традиционных технологий, более крупные критически важные детали будут осваивать производительность AM в коммерческих масштабах.

Новые варианты сплавов, экстраполированные на перспективные возможности CuCrZr и CuCo, указывают на неизведанные комбинации свойств для космических применений. В то же время такие дорогостоящие отрасли, как медицина, используют биофункциональность для создания индивидуальных теплообменников и имплантатов с помощью AM-технологий. Таким образом, повсеместная медь выходит на новый уровень благодаря возможностям порошкового наплавления и направленного энергетического осаждения, а также использованию сложных форм с полезной проводимостью.

узнать больше о процессах 3D-печати