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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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