技術を活用し、昇華3D間接3Dプリント純銅材料高密度部品

出典: サブリメーション 3D

銅および銅合金材料は、優れた電気伝導性、熱伝導性、耐腐食性、良好な機械的性質、加工性を備えた重要な工業材料であり、人類が使用した最も古い金属材料の1つであり、青銅器時代の栄光を生み出しました。ハイテク産業の急速な進歩に伴い、新素材は超高性能、高純度、高反復に向けて開発されています。純銅は優れた電気伝導性と熱伝導性で知られており、回路配線、熱交換器、パイプ、ラジエーターなどの熱伝達部品に最適な材料です。

△UPS-250で印刷・加工した純銅サンプル

伝統を打ち破り、3D プリントは製品を素早く形成できます<br /> 純銅は大きな発展の可能性と応用の見通しを持っていますが、応用面では複雑な構造部品の需要が高まっており、純銅部品を製造する従来のプロセスではもはやすべてのニーズを満たすことができません。金属射出成形技術（MIM）と比較して、3Dプリントされたラジエーターまたは熱交換器コンポーネントは、大型製品の成形に大きく対応できるだけでなく、コンパクト、高効率、モジュール性、および複数の材料に向けた製品の開発トレンドにも対応できます。特に、特殊な形状、構造統合、薄壁、薄いフィン、マイクロチャネル、複雑な形状、格子構造などの処理に適しています。3Dプリントには、従来の製造技術にはない利点があることがわかります。

△昇華3D間接3Dプリントプロセス

SLM と EBM は困難に直面し、純銅の 3D 印刷は多くの課題に直面しています<br /> 同時に、銅の熱伝導率と反射率が高いため、選択的レーザー溶融技術 (SLM) では銅合金部品を 3D 印刷する際に多くの課題があります。銅はレーザー溶融プロセス中の吸収率が低く（波長1050nmの高出力レーザーに対する銅の吸収率はわずか2〜3％）、レーザーが銅金属粉末を連続的に溶融することが難しく、成形効率が低くなり、冶金品質の制御が困難になります。また、銅は延性が高いため、余分な粉末を除去するなどの後処理が難しくなります。そのため、純銅をレーザーベースの 3D 印刷システムで加工するのは非常に困難です。現在の解決策は、緑/青レーザーなどの短波長レーザーを使用して材料生産を完了することです。もう 1 つの解決策は、出力を上げることです。従来のレーザーの出力は 200W です。銅の SLM 印刷には、レーザー出力は 1000W にする必要があります。ただし、これには機器自体に高い要求が課せられ、レーザーは反射率が高いため簡単に損傷します。

銅部品の 3D プリントの場合、電子ビームを熱源として使用し、SLM レーザーの高い反射率の影響を受けないため、電子ビーム溶融技術 (EBM) には実際にはわずかな利点があります。しかし、銅は電気伝導性が高いため、EBM 印刷プロセスは非常に短くなります。また、銅は熱伝導性が高いため、印刷モデルの寸法精度と機械的特性の制御性が悪く、印刷された銅部品の表面品質が悪く、銅誘導コイルなどのアプリケーションの後処理に不便をもたらします。

△ 昇華3Dプリント純銅熱交換器

PEP テクノロジー + 純銅 = 無限の可能性<br /> 明らかに、純銅 3D プリント技術の研究開発は多くの困難に直面しています。金属およびセラミック間接3Dプリントの国内リーダーである深セン盛華3Dテクノロジー株式会社の研究者は、独自の特許と独自の方法を使用して、粉末押出印刷（PEP）技術を通じて純銅材料3Dプリント製造の分野における課題を克服しています。純銅3Dプリントの分野では、Sublimation 3Dが国内のギャップを一気に埋めました。先駆的なPEP技術は、間接3Dプリントを通じて純銅材料を完璧に制御し、純銅部品を自由にプリントします。

△UPS-250で印刷したRFデバイスモデル

PEP技術に基づく昇華型三次元純銅3Dプリントは、高エネルギーレーザービームを必要とせず、純銅印刷プロセスにおける高熱伝導率と高反射率の問題を巧みに回避します。純銅部品は、最初にグリーンボディを印刷し、次に脱脂と焼結を行うことで得られます。印刷プロセスでは、高密度または高伝導性、高熱伝導性の純銅部品を得るために、純銅印刷材料の配合と脱脂および焼結プロセスの要件も非常に高くなります。昇華型3次元純銅粒状材料UPGM-CUは、純銅3D印刷に非常に適しています。原材料の高純度を維持しながら、緻密化がより容易であるという特徴もあり、さまざまな銅部品の印刷ニーズを満たすことができます。

△UPS-250で印刷した熱交換器モデル

Sublimation 3Dが独自に開発した3Dプリント設備は、純銅およびその合金材料を加工して高密度部品を製造することができ、熱交換器、ラジエーター、インダクターなどの製品開発に広く使用されています。たとえば、冷却チャネルの製造に PEP テクノロジを適用することで、Sublimation 3D は完全な冷却チャネルソリューションを提供することで純銅部品のパフォーマンスを最適化できます。このソリューションでは、純銅 3D プリント冷却チャネルの利点は、製品設計に高い自由度をもたらすことができることです。設計者は、熱伝導率の高い高度な構造を試したり、コンポーネントの表面によりよくフィットする高度に統合された複雑な適合冷却チャネルを作成したり、コンパクトな構造、複雑な流体チャネル、軽量、小型、高効率の製品コンポーネントをプリントアウトしたりして、高性能純銅コンポーネントの製造の新たな可能性を実現します。これはまさに、航空宇宙および国防建設で必要なことです。

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