Som et nøglemateriale i metalpulversektoren indtager kobber og dets legeringer med deres enestående elektriske ledningsevne, termiske ledningsevne og korrosionsbestandighed en uerstattelig position inden for avancerede produktionsområder såsom rumfart, elektronik, elektriske køretøjer og meget mere. Imidlertid har anvendelsen af kobberpulver til Laser Powder Bed Fusion (LPBF), en mainstream metaladditiv fremstillingsteknologi, længe stået over for en kerneudfordring: den ekstremt lave energikoblingseffektivitet mellem traditionelle infrarøde lasere og kobbermateriale. I de senere år, med modningen af grøn laserteknologi og den-dybdegående optimering af røde laserløsninger, har indenlandske virksomheder introduceret differentierede teknologiske tilgange baseret på disse forskellige bølgelængder, hvilket tilbyder industrien forskellige løsninger.
Vanskeligheden ved fremstilling af kobberpulveradditiv stammer fra dets materialeegenskaber: høj reflektionsevne og høj varmeledningsevne. For traditionelle nær-infrarøde lasere med bølgelængder omkring 1064nm overstiger reflektiviteten af fast kobber 95 %, hvilket betyder, at langt størstedelen af laserenergien reflekteres direkte og ikke kan bruges effektivt til pulversmeltning. Selv hvis noget energi absorberes, forårsager kobbers høje varmeledningsevne, der når 390 W/(m·K) (ca. fem gange rustfrit ståls), hurtig varmeafledning, hvilket fører til en ustabil smeltepool og en høj modtagelighed for defekter såsom porøsitet, manglende smeltning og sprøjt. Kernen i at løse dette problem ligger i at udnytte det fysiske princip, at kobbers laserabsorptionsevne varierer med bølgelængden. Forskning viser, at ved stuetemperatur er kobbers absorptionsevne for 1064nm infrarød laser kun 4%-5%, hvorimod den for 515-532nm grønt lys springer til omkring 40%, en stigning på næsten en størrelsesorden. Denne betydelige forskel i absorptionsevne stammer fra de forskellige mekanismer for interaktion mellem fotoner med forskellige bølgelængder og de frie elektroner i kobber. Kortere bølgelængde (grønne) fotoner besidder højere energi og absorberes lettere af kobbers elektroner og omdannes til varme, hvilket fundamentalt forbedrer udnyttelseseffektiviteten af laserenergi.
Håndtering af tekniske udfordringer:
1. Problem med lav absorptionsevne: Den iboende lave absorptionsevne af kobber til rødt laserlys er en primær fysisk begrænsning. Dette løses gennem fuldt-system med høj-reflektionsmodstandsdesign, der involverer dyb tilpasning fra udstyrsarkitektur til procesparametre for at optimere energitransmissionseffektiviteten.
2. Smal procesvindue: Rød laserudskrivning af kobberpulver kræver mere præcis processtyring. Dette tackles ved at bruge en selvudviklet GHA (Gas Atomization)-pulverfremstillingsproces til at fremstille kobberpulver med høj-renhed med en sfæriskhed større end eller lig med 95 % og oxygenindhold<200 ppm, providing a material foundation for process optimization.
3. Termisk styringsudfordring: Kobbers høje varmeledningsevne forårsager hurtig varmeafledning. Gennem "dyb synergi" mellem pulveret, udstyret og processen er der opnået et gennembrud i stabilisering af termisk ledningsevne i området 400-410 W/(m·K), hvilket gør det muligt for den termiske ydeevne af 3D-printede komponenter at vende tilbage til det ideelle niveau, der er typisk for konventionelt rent kobber.
Applikationsscenarier: Den røde laserløsning er særligt velegnet til applikationer, hvor omkostningsfølsomhed, stor-batchproduktion i storformat og ekstremt høje krav til termisk ledningsevne er altafgørende, såsom væskekøleplader til datacentre, stor-varmevekslere og varmeafledningssubstrater til kraftelektronik.