Като ключов материал в сектора на металния прах, медта и нейните сплави, със своята изключителна електрическа проводимост, топлопроводимост и устойчивост на корозия, заемат незаменима позиция в-производствени области от висок клас, като космическото пространство, електрониката, електрическите превозни средства и др. Въпреки това, прилагането на меден прах към Laser Powder Bed Fusion (LPBF), основна технология за производство на метални добавки, отдавна е изправено пред основно предизвикателство: изключително ниската ефективност на енергийно свързване между традиционните инфрачервени лазери и медния материал. През последните години, със съзряването на зелената лазерна технология и-задълбочената оптимизация на червените лазерни решения, местните компании въведоха диференцирани технологични подходи, базирани на тези различни дължини на вълната, предлагайки на индустрията разнообразни решения.
Трудността при производството на добавка на меден прах произтича от неговите характеристики на материала: висока отразяваща способност и висока топлопроводимост. За традиционните близко{1}}инфрачервени лазери с дължини на вълните около 1064 nm отражателната способност на твърдата мед надхвърля 95%, което означава, че по-голямата част от лазерната енергия се отразява директно и не може да се използва ефективно за топене на прах. Дори ако се абсорбира малко енергия, високата топлопроводимост на медта, достигаща 390 W/(m·K) (приблизително пет пъти по-висока от тази на неръждаемата стомана), причинява бързо разсейване на топлината, което води до нестабилна стопилка и висока чувствителност към дефекти като порьозност, липса на стопяване и пръски. Ядрото на решаването на този проблем се крие в използването на физическия принцип, че абсорбцията на медния лазер варира в зависимост от дължината на вълната. Изследванията показват, че при стайна температура абсорбцията на медта за 1064nm инфрачервен лазер е само 4%-5%, докато за 515-532nm зелена светлина тя скача до около 40%, което е увеличение с почти един порядък. Тази значителна разлика в абсорбцията произтича от различните механизми на взаимодействие между фотони с различни дължини на вълната и свободните електрони в медта. Фотоните с по-къса дължина на вълната (зелени) притежават по-висока енергия и се абсорбират по-лесно от електроните на медта и се преобразуват в топлина, като фундаментално повишават ефективността на използване на лазерната енергия.
Справяне с техническите предизвикателства:
1. Проблем с ниската абсорбция: Вродената ниска абсорбция на медта за червена лазерна светлина е основно физическо ограничение. Това се решава чрез цялостна-система с висока{3}}устойчивост на отражение, включваща дълбоко персонализиране от архитектурата на оборудването до параметрите на процеса за оптимизиране на ефективността на предаване на енергия.
2. Тесен прозорец на процеса: Червеният лазерен печат на меден прах изисква по-прецизен контрол на процеса. Това се решава чрез използване на собствен-разработен процес на производство на прах GHA (газова атомизация) за производство на меден прах с висока-чистота със сферичност, по-голяма или равна на 95% и съдържание на кислород<200 ppm, providing a material foundation for process optimization.
3. Предизвикателство за управление на топлината: Високата топлопроводимост на медта причинява бързо разсейване на топлината. Чрез „дълбока синергия“ между праха, оборудването и процеса е постигнат пробив в стабилизирането на топлопроводимостта в диапазона от 400-410 W/(m·K), което позволява топлинните характеристики на 3D-отпечатаните компоненти да се върнат до идеалното ниво, типично за конвенционалната чиста мед.
Сценарии на приложение: Решението с червен лазер е особено-подходящо за приложения, където чувствителността към разходите, партидното производство на детайли с голям-формат и изискванията за изключително висока топлопроводимост са от първостепенно значение, като плочи за течно охлаждане на центрове за данни, широко{2}}мащабни топлообменници и субстрати за разсейване на топлината за силова електроника.