Som et nøkkelmateriale i metallpulversektoren, har kobber og dets legeringer, med sin eksepsjonelle elektriske ledningsevne, termiske ledningsevne og korrosjonsmotstand, en uerstattelig posisjon i avanserte produksjonsfelt som romfart, elektronikk, elektriske kjøretøy og mer. Imidlertid har bruk av kobberpulver på Laser Powder Bed Fusion (LPBF), en vanlig produksjonsteknologi for metalladditiv, lenge stått overfor en kjerneutfordring: den ekstremt lave energikoblingseffektiviteten mellom tradisjonelle infrarøde lasere og kobbermateriale. I de senere årene, med modningen av grønn laserteknologi og den grundige optimaliseringen av røde laserløsninger, har innenlandske selskaper introdusert differensierte teknologiske tilnærminger basert på disse forskjellige bølgelengdene, og tilbyr industrien forskjellige løsninger.
Vanskeligheten ved fremstilling av kobberpulvertilsetning stammer fra dets materialegenskaper: høy reflektivitet og høy varmeledningsevne. For tradisjonelle nær-infrarøde lasere med bølgelengder rundt 1064nm, overstiger refleksjonsevnen til solid kobber 95 %, noe som betyr at det store flertallet av laserenergien reflekteres direkte og ikke kan brukes effektivt til pulversmelting. Selv om noe energi absorberes, forårsaker kobbers høye varmeledningsevne, som når 390 W/(m·K) (omtrent fem ganger den for rustfritt stål), rask varmespredning, noe som fører til et ustabilt smeltebasseng og høy mottakelighet for defekter som porøsitet, mangel på fusjon og sprut. Kjernen i å løse dette problemet ligger i å utnytte det fysiske prinsippet om at kobbers laserabsorpsjonsevne varierer med bølgelengden. Forskning viser at ved romtemperatur er kobbers absorpsjonsevne for 1064nm infrarød laser bare 4%-5%, mens for 515-532nm grønt lys hopper den til rundt 40%, en økning på nesten en størrelsesorden. Denne betydelige forskjellen i absorptivitet stammer fra de distinkte mekanismene for interaksjon mellom fotoner med forskjellige bølgelengder og de frie elektronene i kobber. Kortere bølgelengde (grønne) fotoner har høyere energi og absorberes lettere av kobbers elektroner og omdannes til varme, noe som fundamentalt forbedrer utnyttelseseffektiviteten til laserenergi.
Ta tak i tekniske utfordringer:
1. Problem med lav absorpsjon: Den iboende lave absorpsjonsevnen til kobber for rødt laserlys er en primær fysisk begrensning. Dette løses gjennom design med full-systemhøy-refleksjonsmotstand, som involverer dyp tilpasning fra utstyrsarkitektur til prosessparametere for å optimalisere energioverføringseffektiviteten.
2. Smalt prosessvindu: Rød laserutskrift av kobberpulver krever mer presis prosesskontroll. Dette løses ved å bruke en egen-fremstillingsprosess for GHA-pulver (Gas Atomization) for å produsere kobberpulver med høy-renhet med en sfærisitet større enn eller lik 95 % og oksygeninnhold<200 ppm, providing a material foundation for process optimization.
3. Termisk styringsutfordring: Kobbers høye varmeledningsevne forårsaker rask varmespredning. Gjennom "dyp synergi" mellom pulveret, utstyret og prosessen, har det blitt oppnådd et gjennombrudd i stabilisering av termisk ledningsevne i området 400-410 W/(m·K), slik at den termiske ytelsen til 3D-printede komponenter kan gå tilbake til det ideelle nivået som er typisk for konvensjonelt rent kobber.
Applikasjonsscenarier: Den røde laserløsningen er spesielt godt-egnet for bruksområder der kostnadsfølsomhet, stor-partiproduksjon og ekstremt høye krav til termisk ledningsevne er avgjørende, for eksempel væskekjøleplater for datasenter, stor-varmevekslere og varmeavledningssubstrater for kraftelektronikk.