Als belangrijk materiaal in de metaalpoedersector nemen koper en zijn legeringen, met hun uitzonderlijke elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid en corrosieweerstand, een onvervangbare positie in in hoogwaardige productiegebieden zoals de lucht- en ruimtevaart, elektronica, elektrische voertuigen en meer. Het toepassen van koperpoeder op Laser Powder Bed Fusion (LPBF), een reguliere metaaladditieve productietechnologie, staat echter al lang voor een kernuitdaging: de extreem lage energiekoppelingsefficiëntie tussen traditionele infraroodlasers en kopermateriaal. In de afgelopen jaren, met de rijping van de groene lasertechnologie en de diepgaande optimalisatie van rode laseroplossingen, hebben binnenlandse bedrijven gedifferentieerde technologische benaderingen geïntroduceerd op basis van deze verschillende golflengten, waardoor de industrie diverse oplossingen wordt geboden.
De moeilijkheid bij de additieve productie van koperpoeder komt voort uit de materiaaleigenschappen: hoge reflectiviteit en hoge thermische geleidbaarheid. Voor traditionele nabij{1}}infraroodlasers met golflengten rond 1064 nm bedraagt de reflectiviteit van massief koper meer dan 95%, wat betekent dat het overgrote deel van de laserenergie direct wordt gereflecteerd en niet effectief kan worden gebruikt voor het smelten van poeder. Zelfs als er enige energie wordt geabsorbeerd, veroorzaakt de hoge thermische geleidbaarheid van koper, die 390 W/(m·K) bereikt (ongeveer vijf keer die van roestvrij staal), een snelle warmteafvoer, wat leidt tot een onstabiel smeltbad en een hoge gevoeligheid voor defecten zoals porositeit, gebrek aan smelten en spatten. De kern van het oplossen van dit probleem ligt in het gebruik van het natuurkundige principe dat de laserabsorptie van koper varieert met de golflengte. Uit onderzoek blijkt dat het absorptievermogen van koper voor 1064 nm infraroodlasers bij kamertemperatuur slechts 4%-5% bedraagt, terwijl het voor groen licht van 515-532 nm naar ongeveer 40% springt, een toename van bijna een orde van grootte. Dit significante verschil in absorptievermogen komt voort uit de verschillende interactiemechanismen tussen fotonen met verschillende golflengten en de vrije elektronen in koper. Fotonen met een kortere golflengte (groene) bezitten een hogere energie en worden gemakkelijker geabsorbeerd door de elektronen van koper en omgezet in warmte, waardoor de benuttingsefficiëntie van laserenergie fundamenteel wordt verbeterd.
Technische uitdagingen aanpakken:
1. Probleem met laag absorptievermogen: Het inherent lage absorptievermogen van koper voor rood laserlicht is een primaire fysieke beperking. Dit wordt aangepakt door middel van een volledig -systeemontwerp met hoge- hoge reflectieweerstand, waarbij diepgaande aanpassingen van de apparatuurarchitectuur tot de procesparameters betrokken zijn om de efficiëntie van de energietransmissie te optimaliseren.
2. Smal procesvenster: Rood laserprinten van koperpoeder vereist een nauwkeurigere procescontrole. Dit wordt aangepakt door gebruik te maken van een zelf-ontwikkeld GHA-poederproductieproces (Gas Atomization) om hoog-zuiver koperpoeder te produceren met een sfericiteit groter dan of gelijk aan 95% en een zuurstofgehalte<200 ppm, providing a material foundation for process optimization.
3. Uitdaging op het gebied van thermisch beheer: De hoge thermische geleidbaarheid van koper veroorzaakt een snelle warmteafvoer. Door 'diepe synergie' tussen het poeder, de apparatuur en het proces is een doorbraak bereikt in het stabiliseren van de thermische geleidbaarheid in het bereik van 400-410 W/(m·K), waardoor de thermische prestaties van 3D-geprinte componenten kunnen terugkeren naar het ideale niveau dat typisch is voor conventioneel puur koper.
Toepassingsscenario's: De rode laseroplossing is bijzonder goed-geschikt voor toepassingen waarbij kostengevoeligheid, batchproductie van grote- onderdelen en extreem hoge thermische geleidbaarheidsvereisten van het grootste belang zijn, zoals vloeistofkoelplaten in datacenters, grootschalige- warmtewisselaars en warmtedissipatiesubstraten voor vermogenselektronica.