Měď a její slitiny jako klíčový materiál v odvětví kovových prášků mají se svou mimořádnou elektrickou vodivostí, tepelnou vodivostí a odolností proti korozi nezastupitelnou pozici ve špičkových{0}}výrobních oborech, jako je letecký průmysl, elektronika, elektrická vozidla a další. Aplikace měděného prášku na Laser Powder Bed Fusion (LPBF), hlavní technologii výroby kovových aditiv, však již dlouho čelí zásadní výzvě: extrémně nízké účinnosti propojení energie mezi tradičními infračervenými lasery a měděným materiálem. V posledních letech, s dozráváním technologie zeleného laseru a-hloubkovou optimalizací řešení s červeným laserem, zavedly domácí společnosti odlišné technologické přístupy založené na těchto různých vlnových délkách a nabízejí různá řešení v tomto odvětví.
Obtížnost výroby aditiv měděného prášku pramení z jeho materiálových charakteristik: vysoká odrazivost a vysoká tepelná vodivost. U tradičních blízkých-infračervených laserů s vlnovými délkami kolem 1064 nm překračuje odrazivost pevné mědi 95 %, což znamená, že velká většina laserové energie se přímo odráží a nelze ji efektivně využít k tavení prášku. I když je nějaká energie absorbována, vysoká tepelná vodivost mědi, dosahující 390 W/(m·K) (přibližně pětkrát vyšší než u nerezové oceli), způsobuje rychlý odvod tepla, což vede k nestabilní lázni taveniny a vysoké náchylnosti k defektům, jako je pórovitost, nedostatečná fúze a rozstřik. Jádro řešení tohoto problému spočívá ve využití fyzikálního principu, že absorpce laseru mědi se mění s vlnovou délkou. Výzkum ukazuje, že při pokojové teplotě je absorpce mědi pro 1064nm infračervený laser pouze 4%-5%, zatímco pro 515-532nm zelené světlo vyskočí na přibližně 40%, což je nárůst téměř o řád. Tento významný rozdíl v absorpci pramení z odlišných mechanismů interakce mezi fotony různých vlnových délek a volnými elektrony v mědi. Fotony s kratší vlnovou délkou (zelené) mají vyšší energii a jsou snadněji absorbovány měděnými elektrony a přeměněny na teplo, což zásadně zvyšuje efektivitu využití laserové energie.
Řešení technických výzev:
1. Problém s nízkou absorpcí: Inherentně nízká absorpce mědi pro červené laserové světlo je primárním fyzikálním omezením. To je řešeno prostřednictvím návrhu úplného-systému s vysokým-odrazovým odporem, který zahrnuje hluboké přizpůsobení od architektury zařízení po parametry procesu s cílem optimalizovat účinnost přenosu energie.
2. Úzké procesní okno: Červený laserový tisk měděného prášku vyžaduje přesnější řízení procesu. To je řešeno využitím vlastního-vyvinutého procesu výroby prášku GHA (Gas Atomization) k výrobě vysoce-čistého měděného prášku se sféricitou 95 % nebo rovnou 95 % a obsahem kyslíku<200 ppm, providing a material foundation for process optimization.
3. Výzva pro řízení teploty: Vysoká tepelná vodivost mědi způsobuje rychlý odvod tepla. Prostřednictvím „hluboké synergie“ mezi práškem, zařízením a procesem bylo dosaženo průlomu ve stabilizaci tepelné vodivosti v rozsahu 400-410 W/(m·K), což umožňuje návrat tepelného výkonu 3D tištěných součástí na ideální úroveň typickou pro konvenční čistou měď.
Aplikační scénáře: Řešení s červeným laserem se obzvláště dobře -hodí pro aplikace, kde je prvořadá cenová citlivost, velkoformátová{1}}sériová výroba dílů a extrémně vysoké požadavky na tepelnou vodivost, jako jsou kapalinové chladicí desky datových center, velké-výměníky tepla a substráty pro odvod tepla pro výkonovou elektroniku.