パウダーベッド方式の金属3Dプリントでは、各種の材料が使われていますが
今後開発が進んでいくと思われる材料の一つに銅があります。
銅は熱伝導率が約400W/m・Kで、アルミの約2倍、ステンレスの約20倍と大きく、放熱用途などに使われています。

しかし、3Dプリントするのが難しい材料でもあります。
金属3Dプリントができるようになれば、銅は放熱フィンや熱交換器など
複雑な部品の造形に向いている材料と考えられており、研究が進められています。
電子ビームを使うタイプの3Dプリントでは高密度のものが作れますが
工法の制約から微細なものを作るのが難しいといわれています。

一方、レーザーを使うタイプの3Dプリントでは、密度を上げにくいという課題があります。
銅を3Dプリントする際に、高反射率と高熱伝導率の二つが課題になってきます。
反射率が高いことで、粉末がレーザーのエネルギーを吸収しにくく、温度が上がりにくくなります。
また、粉末の温度が上がって融点を超えても、熱伝導率が高いために、すぐに冷却されて融点以下になり凝固してしまいます。
そのため、融点を超えて流動している時間が非常に短く、高密度にすることが困難です。
熱伝導率を下げることは優れた特性を失うことになるので、いかに高反射率の粉末にエネルギーを吸収させるかという観点で
研究がなされています。
より吸収しやすい波長のレーザーを使った取り組みや[1]、高出力レーザーを使用して造形品の相対密度を
97.8%まで向上させることができたとの報告もなされており、今後の進展が見込まれます(Fig.1)[2]

 銅の造形

Fig.1 Cross-section of a cubic specimen representative of the an “acceptable” processing conditions.
Process parameters for the specific sample correspond to P=600 W, v scan =1000 mm/s achieving a relative density of 97.8±0.4%

 

参考文献

[1] Masuno  S,  Tsukamoto  M,  Tojo  K,  Keita;  A,  Funada  Y,  Yu  S.  Metal powder bed fusion additive manufacturing with 100 W blue diode laser. 36th Int Congr Appl Lasers Electro-Optics ICALEO. 2017; 4–5.

[2] Colopi M Caprio L Demir A Previtali B, Selective laser melting of pure Cu with a 1 kW single mode fiber laser, Procedia CIRP

 

 

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