一種兼顧強度與導電性的SLM 3D打印銅合金材料CuNi2SiCr

純銅及銅合金由于極好的導電、導熱、耐腐蝕性及韌性等特點，被廣泛應用于電力、散熱、管道、裝飾等領域，有的銅合金材料因具有良好的導電、導熱性和較高強度，被廣泛應用于制造航空、航天發動機燃燒室部件。但是隨著應用端對于復雜結構零部件的需求增多，傳統加工工藝已逐漸無法滿足需求。


選區激光熔化金屬3D打印技術具有可成形復雜結構零部件，材料利用率高，無需模具等優點，該技術在制備復雜結構的銅合金熱交換器、尾噴管等零部件方面具有巨大的應用潛力。但由于銅的導熱性和反射性極佳，銅金屬在激光熔化的過程中，吸收率低，激光難以持續熔化銅金屬粉末，從而導致成形效率低，冶金質量難以控制等問題。


不過，銅基合金3D打印材料與新型3D打印激光器正在推動著銅金屬3D打印技術的發展。近日，金屬3D打印企業SLM Solutions 就驗證通過了一種用于選區激光熔化3D打印的銅合金材料-CuNi2SiCr ，并確立了這款材料的理想打印參數。




銅基合金的3D打印


通過熱處理


進一步提高強度與電導率


銅合金CuNi2SiCr 材料能夠與SLM Solutions的所有激光熔化3D打印系統兼容，是一種可熱硬化的合金，具有高剛度以及電導率和導熱率的平衡組合的特征。該合金中包括鎳和硅成分，具有很高的耐腐蝕性和耐磨性。




來源：SLM Solutions


SLM Solutions對CuNi2SiCr 銅合金材料進行了鑒定與參數驗證，并確立這款材料的理想打印參數。在測試這些參數時，銅合金突出的主要問題是對氧氣的敏感性，為了解決這個問題，SLM Solutions建議在使用該材料時，其系統中的氧氣最大含量為500 ppm。


3D打印銅合金材料導電性通常低于純銅（IACS值為100％），SLM Solutions的CuNi2SiCr材料在經過熱處理后，IACS值由打印完成時的14%，提升至40％，導電性雖然低于純銅，但仍適用于部分導電應用。




數據來源：SLM Solutions


根據SLM Solutions ，銅合金材料的電導率會隨著合金元素數量的增加而降低，但其他性能（例如強度）可以得到改善，CuNi2SiCr 材料的強度優于純銅。通過實施熱處理工藝能夠提高CuNi2SiCr 3D打印部件的性能，例如通過沉淀強化使零件具有更高的強度和電導率。


CuNi2SiCr 銅合金3D打印材料適合應用于模具制造、電氣工程的導電觸點、焊接噴嘴、閥等領域。CuNi2SiCr 材料的強度、電阻和導電性能使其非常適合于制造在機械、熱和摩擦應力環境中的導電性零件。


相對于傳統制造工藝，CuNi2SiCr 材料與金屬3D打印技術在實現設計自由度方面的優勢相結合，能夠解鎖更多傳統工藝無法實現的新應用，包括設計和制造具有復雜內部幾何形狀和拓撲優化的銅合金零部件，最終得到輕量化的，更具成本效益的零部件。


3D科學谷


Review


3D科學谷曾在《3D打印發展趨勢及中國市場的機遇與挑戰》白皮書中談到，快速發展的金屬粉末材料是金屬3D打印技術應用發展的重要驅動力。從打印材料來看，鈦合金材料的價格有望大幅降低，新型不銹鋼合金的出現，高強度與低價格鋁合金材料的出現，銅合金粉末床激光熔化技術與應用的發展，將為增材制造領域迎來鈦合金、鋁合金、銅合金以及復合材料制造的新時代。




《3D打印發展趨勢及中國市場的機遇與挑戰》


來源：3D科學谷


根據3D科學谷的市場觀察，除了CuNi2SiCr 銅合金粉末材料，已投入應用的典型3D打印銅合金粉末材料還包括NASA（美國國家航空航天局）開發的高強度，高導電率的銅基合金GRCop-42， GKN 公司開發的CuCrZr、CuNi3Si材料，以及Heraeus 公司開發的CuSn10和CuSn8等。在我國增材制造企業中，西安鉑力特已在銅金屬激光成形領域取得了進展，研制出針對難熔金屬和高導熱、高反射金屬的3D打印工藝，實現了復雜流道的銅材料制造工藝，成功制備出3D打印銅合金尾噴管；長沙新材料產業研究院有限公司等材料企業進行了CuCrZr銅合金3D打印粉末的研發。


銅金屬3D打印激光器的發展也促進了純銅和銅合金的3D打印應用。根據3D科學谷的市場觀察，2018 年島津公司擬（日本）實現了其 BLUE IMPACT 藍光沖擊二極管激光器的商業化，這種激光器可以在高亮度下產生 100 瓦的功率，島津 450 納米藍色二極管激光器的一個關鍵應用是銅材料的 3D 打印。銅對藍色激光的吸收率很高，背反射的減少可以使加工過程變快，這對傳統的紅外激光器是一個嚴峻的挑戰。新研發的 3D 打印機可以用純銅粉高效打印物體。此外，德國Fraunhofer “SLM綠色”項目所推動了綠色激光器的發展，該激光器與1μm波長的波長相比更短，波長在515nm，旨在解決銅對激光的高反射問題。


相聚德國法蘭克福，3D科學谷創始人Kitty將于2019年11月20日，11.0-A79 展臺介紹2019年全球3D打印市場趨勢，包括設備趨勢，材料趨勢，應用開發趨勢，軟件趨勢。3D打印中國市場的現狀，包括中國3D打印市場的SWOT分析，創新者的亮點，在中國開展3D打印業務的挑戰以及中國3D打印發展趨勢的展望。(全球金屬網 OMETAL.COM) 【點擊此處】或掃描下面二維碼即可用微信接收各種行情報價啦！