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3D打印铜合金质料CuNi2SiCr——一种兼顾强度与导电性的SLM

宣布时间：

2023-01-11 12:43

　　纯铜及铜合金由于极好的导电、导热、耐腐化性及韧性等特点，被广泛应用于电力、散热、管道、装饰等领域，有的铜合金质料因具有良好的导电、导热性和较高强度，被广泛应用于制造航空、航天发动机燃烧室部件 。可是随着应用端关于庞大结构零部件的需求增多，古板加工工艺已逐渐无法满足需求 。
　　选区激光熔化金属3D打印技术具有可成形庞大结构零部件，质料利用率高，无需模具等优点，该技术在制备庞大结构的铜合金热交换器、尾喷管等零部件方面具有巨大的应用潜力 。但由于铜的导热性和反射性极佳，铜金属在激光熔化的历程中，吸收率低，激光难以连续熔化铜金属粉末，从而导致成形效率低，冶金质量难以控制等问题 。
　　不过，铜基合金3D打印质料与新型3D打印激光器正在推动着铜金属3D打印技术的生长 。近日，金属3D打印企业SLM Solutions 就验证通过了一种用于选区激光熔化3D打印的铜合金质料-CuNi2SiCr ，并确立了这款质料的理想打印参数 。
 
 
铜基合金的3D打印
　　通过热处理进一步提高强度与电导率
　　铜合金CuNi2SiCr 质料能够与SLM Solutions的所有激光熔化3D打印系统兼容，是一种可热硬化的合金，具有高刚度以及电导率和导热率的平衡组合的特征 。该合金中包括镍和硅身分，具有很高的耐腐化性和耐磨性 。
 
 
来源：SLM Solutions
　　SLM Solutions对CuNi2SiCr 铜合金质料进行了鉴定与参数验证，并确立这款质料的理想打印参数 。在测试这些参数时，铜合金突出的主要问题是对氧气的敏感性，为了解决这个问题，SLM Solutions建议在使用该质料时，其系统中的氧气最大含量为500 ppm 。
　　3D打印铜合金质料导电性通常低于纯铜(IACS值为100%)，SLM Solutions的CuNi2SiCr质料在经过热处理后，IACS值由打印完成时的14%，提升至40%，导电性虽然低于纯铜，但仍适用于部分导电应用 。
 
 
数据来源：SLM Solutions
　　凭据SLM Solutions ，铜合金质料的电导率会随着合金元素数量的增加而降低，但其他性能(例如强度)可以获得改善，CuNi2SiCr 质料的强度优于纯铜 。通过实施热处理工艺能够提高CuNi2SiCr 3D打印部件的性能，例如通过沉淀强化使零件具有更高的强度和电导率 。
　　CuNi2SiCr 铜合金3D打印质料适合应用于模具制造、电气工程的导电触点、焊接喷嘴、阀等领域 。CuNi2SiCr 质料的强度、电阻和导电性能使其很是适合于制造在机械、热和摩擦应力情况中的导电性零件 。
　　相关于古板制造工艺，CuNi2SiCr 质料与金属3D打印技术在实现设计自由度方面的优势相结合，能够解锁更多古板工艺无法实现的新应用，包括设计和制造具有庞大内部几何形状和拓扑优化的铜合金零部件，最终获得轻量化的，更具本钱效益的零部件 。
　　3D科学谷Review
　　3D科学谷曾在《3D打印生长趋势及中国市场的机缘与挑战》白皮书中谈到，快速生长的金属粉末质料是金属3D打印技术应用生长的重要驱动力 。从打印质料来看，钛合金质料的价格有望大幅降低，新型不锈钢合金的泛起，高强度与低价格铝合金质料的泛起，铜合金粉末床激光熔化技术与应用的生长，将为增材制造领域迎来钛合金、铝合金、铜合金以及复合质料制造的新时代 。
 
 
《3D打印生长趋势及中国市场的机缘与挑战》来源：3D科学谷
　　凭据3D科学谷的市场视察，除了CuNi2SiCr 铜合金粉末质料，已投入应用的典范3D打印铜合金粉末质料还包括NASA(美国国家航空航天局)开发的高强度，高导电率的铜基合金GRCop-42， GKN 公司开发的CuCrZr、CuNi3Si质料，以及Heraeus 公司开发的CuSn10和CuSn8等 。在我国增材制造企业中，西安铂力特已在铜金属激光成形领域取得了进展，研制出针对难熔金属和高导热、高反射金属的3D打印工艺，实现了庞大流道的铜质料制造工艺，乐成制备出3D打印铜合金尾喷管;长沙新质料工业研究院有限公司等质料企业进行了CuCrZr铜合金3D打印粉末的研发 。
　　铜金属3D打印激光器的生长也增进了纯铜和铜合金的3D打印应用 。凭据3D科学谷的市场视察，2018 年岛津公司拟(日本)实现了其 BLUE IMPACT 蓝光攻击二极管激光器的商业化，这种激光器可以在高亮度下爆发 100 瓦的功率，岛津 450 纳米蓝色二极管激光器的一个要害应用是铜质料的 3D 打印 。铜对蓝色激光的吸收率很高，背反射的减少可以使加工历程变快，这对古板的红外激光器是一个严峻的挑战 。新研发的 3D 打印机可以用纯铜粉高效打印物体 。别的，德国Fraunhofer “SLM绿色”项目所推动了绿色激光器的生长，该激光器与1μm波长的波长相比更短，波长在515nm，旨在解决铜对激光的高反射问题 。（来源：3D科学谷）

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