Stampa 3D con rame: il laser verde fonde il rame puro

Foto Fraunhofer IWS Dresden

La creazione di parti in plastica dalla forma ingegnosa con la stampante 3D non è più un’arte oggi, ma una tecnologia quotidiana. È completamente diverso con il rame puro: finora non è stato possibile fondere completamente il metallo con i laser a infrarossi per produrre componenti complessi da esso strato per strato. Questo è il motivo per cui il Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS di Dresda sta ora utilizzando un nuovo tipo di sistema di produzione additiva che elabora il metallo con un laser verde a onde corte quasi senza difetti. Consente nuovi approcci di produzione che prima non erano possibili con il rame puro. Ciò consente di implementare componenti complessi in rame puro e leghe di rame per l’industria aerospaziale e automobilistica e di aumentare l’efficienza dei motori elettrici e degli scambiatori di calore.

Ciò significa che il Fraunhofer IWS può ora costruire componenti in rame puro che sono particolarmente conduttivi dal punto di vista elettrico e termico. Tali componenti consentono motori elettrici più efficienti e nuovi dissipatori di calore nell’elettronica di potenza. Sono possibili anche applicazioni nella produzione di bobine e induttori. I componenti in rame prodotti in modo additivo sono adatti per dispositivi compatti con poco spazio di installazione, alta efficienza e alte prestazioni. Ciò significa, ad esempio, che è possibile produrre dissipatori di calore più efficienti e compatti per l’elettronica di potenza di dopodomani, nonché bobine individuali speciali per azionamenti elettrici nei satelliti, raffreddamento nelle unità spaziali e molto altro ancora.

Quasi nessun altro istituto di ricerca ha strutture simili
Il nuovo impianto di fusione del raggio laser è unico in Sassonia: ce ne sono pochi paragonabili ovunque in Germania. Invece della luce infrarossa con una lunghezza d’onda di 1064 nanometri (milionesimi di millimetro), utilizza un laser a disco con luce verde ad alta energia con una lunghezza d’onda di 515 nanometri. “Esperimenti precedenti hanno dimostrato ripetutamente che le sorgenti di raggi laser a infrarossi fino a 500 watt non sono abbastanza potenti da fondere completamente il rame”, spiega Samira Gruber, che è responsabile del progetto come assistente di ricerca presso Fraunhofer IWS. Perché solo il 30 percento dell’energia utilizzata raggiunge il materiale di rame, la maggior parte del resto viene riflessa dal metallo. Questo è diverso con il nuovo laser verde con un massimo di 500 watt: qui la polvere di rame assorbe più del 70 percento dell’energia utilizzata e si scioglie completamente,

Il rame puro conduce particolarmente bene il calore e l’elettricità
Poiché il rame conduce molto bene il calore e l’elettricità, è un grande passo avanti se questo metallo può essere lavorato anche in sistemi di produzione additiva. “I componenti in rame puro e leghe di rame svolgono un ruolo importante nell’industria aerospaziale, elettronica e automobilistica negli azionamenti elettrici o come scambiatori di calore”, sottolinea Elena Lopez, capo del reparto di produzione additiva di Fraunhofer IWS. »Le parti in rame prodotte in modo additivo sono superiori a molte soluzioni in alluminio grazie alla loro conduttività specifica del volume più elevata. Questo è interessante ovunque siano importanti design piccoli e prestazioni elevate “.

Molte parti in rame possono già essere lavorate, forgiate o fuse oggi. Tuttavia, l’uso della produzione additiva apre opportunità per produrre geometrie altamente complesse che non sono possibili con la produzione convenzionale.

Maggiori prestazioni grazie a un design compatto ed efficiente
“La maggiore flessibilità geometrica offre ora l’opportunità di aumentare ulteriormente la capacità di raffreddamento dei componenti in rame sfruttando in modo ottimale lo spazio di installazione disponibile e prolungando così la durata dei componenti raffreddati”, afferma Samira Gruber. I canali di raffreddamento sono costruiti in modo tale che i gas oi liquidi possano fluire con la minore perdita di pressione possibile e le complesse geometrie delle nervature allargano la superficie di assorbimento del calore.

Produzione additiva: i ricercatori in Sassonia si uniscono
L’acquisto del nuovo sistema per il Fraunhofer IWS è stato possibile tramite il centro di performance “Smart Production and Materials”. Questa è una rete dell’Università Tecnica di Chemnitz, dell’Università Tecnica di Dresda e degli Istituti Fraunhofer IWS, ENAS, IWU e IKTS, che stanno ricercando tecnologie e materiali di produzione innovativi per l’Industria 4.0. La »TruPrint1000« equipaggiata con un laser verde appartiene ora all ‘» Additive Manufacturing Center Dresden« (AMCD). In questo centro, gli esperti IWS lavorano insieme ai colleghi della TU di Dresda su ulteriori tecnologie innovative per la produzione additiva.

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