Будучи ключовим матеріалом у секторі металевого порошку, мідь та її сплави з їхньою винятковою електропровідністю, теплопровідністю та стійкістю до корозії займають незамінну позицію в -галузях високоякісного виробництва, таких як аерокосмічна промисловість, електроніка, електромобілі тощо. Однак застосування мідного порошку для лазерного порошкового термоплавлення (LPBF), основної технології виробництва металевих добавок, давно стикається з основною проблемою: надзвичайно низька ефективність сполучення енергії між традиційними інфрачервоними лазерами та мідним матеріалом. В останні роки, у зв’язку з розвитком технології зеленого лазера та-глибокою оптимізацією рішень червоного лазера, вітчизняні компанії запровадили диференційовані технологічні підходи на основі цих різних довжин хвиль, пропонуючи промисловості різноманітні рішення.
Труднощі у виробництві добавок мідного порошку пов’язані з характеристиками його матеріалу: високою відбивною здатністю та високою теплопровідністю. Для традиційних лазерів ближнього{1}}інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі близько 1064 нм відбивна здатність твердої міді перевищує 95%, тобто переважна більшість лазерної енергії відбивається безпосередньо й не може бути ефективно використана для плавлення порошку. Навіть якщо поглинається деяка кількість енергії, висока теплопровідність міді, яка досягає 390 Вт/(м·К) (приблизно в п’ять разів більше, ніж у нержавіючої сталі), спричиняє швидке розсіювання тепла, що призводить до нестабільного утворення розплаву та високої чутливості до таких дефектів, як пористість, відсутність плавлення та бризки. Суть вирішення цієї проблеми полягає у використанні фізичного принципу, згідно з яким поглинальна здатність лазера міді змінюється залежно від довжини хвилі. Дослідження показують, що за кімнатної температури поглинальна здатність міді для інфрачервоного лазера з довжиною довжини 1064 нм становить лише 4%-5%, тоді як для зеленого світла з довжиною довжини 515-532 нм вона зростає приблизно до 40%, що є збільшенням майже на порядок. Ця значна різниця в поглинальній здатності виникає через різні механізми взаємодії між фотонами різних довжин хвиль і вільними електронами в міді. Фотони з меншою довжиною хвилі (зелені) мають вищу енергію, легше поглинаються електронами міді та перетворюються на тепло, що значно підвищує ефективність використання лазерної енергії.
Вирішення технічних проблем:
1. Проблема з низьким поглинанням: Низьке поглинання міді для червоного лазерного світла є основним фізичним обмеженням. Це вирішується за допомогою повної -системи з високою{3}}стійкістю до відбиття, що передбачає глибоке налаштування від архітектури обладнання до параметрів процесу для оптимізації ефективності передачі енергії.
2. Вузьке вікно процесу: червоний лазерний друк мідного порошку вимагає більш точного контролю процесу. Це вирішується шляхом використання-саморозробленого процесу виробництва порошку GHA (газової атомізації) для отримання-високочистого мідного порошку зі сферичністю більше або дорівнює 95% і вмістом кисню<200 ppm, providing a material foundation for process optimization.
3. Проблема управління температурою: висока теплопровідність міді спричиняє швидке розсіювання тепла. Завдяки «глибокій синергії» між порошком, обладнанням і процесом було досягнуто прориву в стабілізації теплопровідності в діапазоні 400-410 Вт/(м·К), що дозволяє повернути теплові характеристики компонентів, надрукованих на 3D, до ідеального рівня, характерного для звичайної чистої міді.
Сценарії застосування. Рішення з червоним лазером особливо-підходить для застосувань, де чутливість до витрат, серійне-виробництво деталей великого{1}}формату та надзвичайно високі вимоги до теплопровідності є першорядними, наприклад пластини рідинного охолодження центрів обробки даних, великомасштабні-теплообмінники та підкладки для розсіювання тепла для силової електроніки.