धातु पाउडर क्षेत्र में एक प्रमुख सामग्री के रूप में, तांबा और इसके मिश्र धातु, अपनी असाधारण विद्युत चालकता, तापीय चालकता और संक्षारण प्रतिरोध के साथ, एयरोस्पेस, इलेक्ट्रॉनिक्स, इलेक्ट्रिक वाहन और अन्य जैसे उच्च अंत विनिर्माण क्षेत्रों में एक अपूरणीय स्थिति रखते हैं। हालाँकि, लेज़र पाउडर बेड फ़्यूज़न (एलपीबीएफ) में तांबे के पाउडर को लगाने से, एक मुख्यधारा की धातु एडिटिव विनिर्माण तकनीक को लंबे समय से एक मुख्य चुनौती का सामना करना पड़ा है: पारंपरिक अवरक्त लेजर और तांबे की सामग्री के बीच बेहद कम ऊर्जा युग्मन दक्षता। हाल के वर्षों में, ग्रीन लेजर तकनीक की परिपक्वता और लाल लेजर समाधानों के गहन अनुकूलन के साथ, घरेलू कंपनियों ने इन विभिन्न तरंग दैर्ध्य के आधार पर विभेदित तकनीकी दृष्टिकोण पेश किए हैं, जो उद्योग को विविध समाधान प्रदान करते हैं।
कॉपर पाउडर एडिटिव निर्माण में कठिनाई इसकी भौतिक विशेषताओं से उत्पन्न होती है: उच्च परावर्तनशीलता और उच्च तापीय चालकता। 1064 एनएम के आसपास तरंग दैर्ध्य के साथ पारंपरिक निकट - अवरक्त लेजर के लिए, ठोस तांबे की परावर्तनशीलता 95% से अधिक है, जिसका अर्थ है कि लेजर ऊर्जा का विशाल बहुमत सीधे परिलक्षित होता है और पाउडर पिघलने के लिए प्रभावी ढंग से उपयोग नहीं किया जा सकता है। यहां तक कि अगर कुछ ऊर्जा अवशोषित हो जाती है, तो तांबे की उच्च तापीय चालकता, 390 W/(m·K) (स्टेनलेस स्टील की तुलना में लगभग पांच गुना) तक पहुंच जाती है, जो तेजी से गर्मी अपव्यय का कारण बनती है, जिससे एक अस्थिर पिघल पूल और सरंध्रता, संलयन की कमी और छींटे जैसे दोषों के लिए उच्च संवेदनशीलता होती है। इस समस्या को हल करने का मूल भौतिक सिद्धांत का उपयोग करना है कि तांबे की लेजर अवशोषण तरंग दैर्ध्य के साथ बदलती रहती है। शोध से पता चलता है कि कमरे के तापमान पर, 1064 एनएम इन्फ्रारेड लेजर के लिए तांबे की अवशोषण क्षमता केवल 4% -5% है, जबकि 515-532 एनएम हरी रोशनी के लिए, यह लगभग 40% तक बढ़ जाती है, जो परिमाण के क्रम की वृद्धि है। अवशोषण क्षमता में यह महत्वपूर्ण अंतर विभिन्न तरंग दैर्ध्य के फोटॉन और तांबे में मुक्त इलेक्ट्रॉनों के बीच बातचीत के विशिष्ट तंत्र से उत्पन्न होता है। छोटे तरंग दैर्ध्य (हरे) फोटॉनों में उच्च ऊर्जा होती है और तांबे के इलेक्ट्रॉनों द्वारा अधिक आसानी से अवशोषित होते हैं और गर्मी में परिवर्तित होते हैं, जो मूल रूप से लेजर ऊर्जा की उपयोग दक्षता को बढ़ाते हैं।
तकनीकी चुनौतियों का समाधान:
1. कम अवशोषण क्षमता मुद्दा: लाल लेजर प्रकाश के लिए तांबे की स्वाभाविक रूप से कम अवशोषण क्षमता एक प्राथमिक भौतिक बाधा है। इसे पूर्ण सिस्टम उच्च प्रतिबिंब प्रतिरोध डिजाइन के माध्यम से संबोधित किया जाता है, जिसमें ऊर्जा संचरण दक्षता को अनुकूलित करने के लिए उपकरण वास्तुकला से प्रक्रिया मापदंडों तक गहन अनुकूलन शामिल है।
2. संकीर्ण प्रक्रिया विंडो: तांबे के पाउडर की लाल लेजर प्रिंटिंग अधिक सटीक प्रक्रिया नियंत्रण की मांग करती है। 95% से अधिक या उसके बराबर गोलाकारता और ऑक्सीजन सामग्री के साथ उच्च शुद्धता वाले तांबे के पाउडर का उत्पादन करने के लिए स्व-विकसित जीएचए (गैस एटमाइजेशन) पाउडर निर्माण प्रक्रिया का उपयोग करके इससे निपटा जाता है।<200 ppm, providing a material foundation for process optimization.
3. थर्मल प्रबंधन चुनौती: तांबे की उच्च तापीय चालकता तेजी से गर्मी अपव्यय का कारण बनती है। पाउडर, उपकरण और प्रक्रिया के बीच "गहरे तालमेल" के माध्यम से, 400{4}}410 W/(m·K) की सीमा में तापीय चालकता को स्थिर करने में एक सफलता हासिल की गई है, जिससे 3डी-मुद्रित घटकों के थर्मल प्रदर्शन को पारंपरिक शुद्ध तांबे के विशिष्ट आदर्श स्तर पर लौटने की अनुमति मिलती है।
अनुप्रयोग परिदृश्य: लाल लेजर समाधान विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जहां लागत संवेदनशीलता, बड़े प्रारूप वाले बैच उत्पादन और अत्यधिक उच्च तापीय चालकता आवश्यकताएं सर्वोपरि हैं, जैसे कि डेटा सेंटर तरल कूलिंग प्लेट, बड़े पैमाने पर हीट एक्सचेंजर्स और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए गर्मी अपव्यय सब्सट्रेट।