CuNi2SiCr: una polvere di rame certificata SLM Solutions per AM
L’uso del rame da parte dell’uomo risale ad alcune delle prime civiltà conosciute, oltre diecimila anni fa. In effetti, il rame è stato uno dei primi metalli mai usati dall’uomo. La traiettoria del metallo è stata anche strettamente legata all’invenzione di vari metodi di lavorazione, dalla lavorazione a freddo, alla ricottura, alla fusione e fusione a cera persa, ognuna delle quali ha creato nuove applicazioni per il rame. Oggi, i processi di produzione stanno ancora modellando il modo in cui gli umani lavorano e usano il rame. Uno dei più recenti progressi è la produzione additiva.
Ci sono alcune aziende che lavorano oggi in prima linea nella stampa 3D in rame (Cu), cercando di creare polveri di lega che possiedano le proprietà caratteristiche del rame puro pur essendo ancora stampabili (il rame puro è notoriamente impegnativo per la stampa 3D). Una di queste aziende è SLM Solutions , leader tedesco nelle tecnologie AM in metallo.
Caratteristiche del materiale di CuNi2SiCr
SLM Solutions, specializzata nelle tecnologie di fusione a letto di polvere, ha qualificato una lega di rame a bassa lega per la produzione di additivi: CuNi2SiCr. La polvere, compatibile con tutti i sistemi AM di SLM Solutions, è una lega induribile termicamente caratterizzata da elevata rigidità e una combinazione equilibrata di conducibilità elettrica e termica. La lega, che include nichel e silicio, vanta anche un’elevata resistenza alla corrosione e all’usura.
Nell’ambito della stampa 3D in rame, la questione della conducibilità è difficile da superare. Questo perché le leghe di rame sono, in generale, meno conduttive del rame puro, che ha un valore IACS (International Annealed Copper Standard) del 100%. La lega CuNi2SiCr per la stampa 3D ha un valore IACS fino al 40% quando trattata termicamente (14% come costruita), il che significa che sebbene sia meno conduttiva del rame puro, è comunque adatta per applicazioni conduttive.
L’aggiunta di elementi leganti come il nichel ha anche portato a una lega di rame che ha una resistenza superiore al rame puro. Come afferma SLM Solutions: “In generale, la conducibilità viene ridotta con un aumento della quantità di elementi di lega, ma altre proprietà come la resistenza possono essere migliorate”.
Le parti stampate in 3D dalla lega di rame su un sistema SLM Solutions sono caratterizzate da una struttura omogenea, quasi priva di pori. Questa composizione significa che le parti stampate mantengono valori meccanici entro l’intervallo delle specifiche della materia prima.
In particolare, le proprietà dei componenti stampati in lega di rame possono essere adattate implementando un processo di trattamento termico. Ad esempio, il processo di rafforzamento delle precipitazioni (che include ricottura della soluzione, tempra e invecchiamento artificiale) produce parti con maggiore resistenza e conducibilità elettrica.
SLM Solutions rame in polvere CuNi2SiCr
Applicazioni in lega di rame
Oggi il rame è un materiale ricercato per una vasta gamma di applicazioni. Ad esempio, la sua eccellente conducibilità lo rende adatto per applicazioni elettriche, mentre la sua elevata conducibilità termica lo rende desiderabile per molte applicazioni termiche. Tuttavia, i processi di produzione del rame, come la piegatura e la saldatura, hanno applicazioni limitate per il materiale e l’efficienza di determinate applicazioni.
La capacità di stampare in 3D una lega di rame ha quindi aperto una serie di nuove opportunità per il materiale. Cioè, combinando i vantaggi unici del rame, vale a dire l’elevata conducibilità termica ed elettrica, con i vantaggi della produzione additiva, come la libertà di progettazione, le applicazioni esistenti per il rame possono essere revisionate e ottimizzate e le nuove applicazioni possono essere sbloccate.
Il rame a bassa lega qualificato da SLM Solutions per la produzione additiva è adatto per una vasta gamma di applicazioni, tra cui produzione di utensili, contatti conduttivi per ingegneria elettrica, ugelli di saldatura e altro. La forza, la resistenza e le proprietà conduttive di CuNi2SiCr hanno reso il materiale adatto alla produzione di parti utilizzate sotto sollecitazioni meccaniche, termiche e tribologiche e che richiedono conducibilità.
Le prestazioni e le caratteristiche delle parti in lega di rame possono anche essere migliorate sfruttando i vantaggi di AM, tra cui l’ottimizzazione della topologia, la libertà di progettazione e altro ancora. In altre parole, la capacità di progettare e fabbricare parti con geometrie interne complesse e ottimizzazione della topologia può portare a componenti più leggeri, più economici e più efficienti.
CuNi2SiCr qualificante
Al fine di qualificare CuNi2SiCr per l’uso sui suoi sistemi di fusione laser selettivi, SLM Solutions ha intrapreso il suo ampio processo di qualificazione e validazione dei parametri per garantire che il materiale potesse essere stampato ai massimi standard. Questo viene eseguito per tutti i materiali rilasciati e un processo standard presso SLM Solutions.
Innanzitutto, la polvere è certificata per il processo SLM ® . Questo processo consisteva nell’analisi della composizione chimica del materiale utilizzando plasma accoppiato induttivamente (ICP), rilevando i gas mediante estrazione termica e utilizzando la moderna diffrattometria laser per determinare la distribuzione delle dimensioni delle particelle. Il fattore di fluidità è stato considerato e testato utilizzando uno speciale dispositivo di misurazione, il misuratore di portata SLM, che imita le condizioni di flusso all’interno di una stampante 3D SLM.
Una volta completati con successo questi test, SLM Solutions e il suo team di ingegneri esperti nello sviluppo di parametri sono stati in grado di stabilire parametri di stampa ideali per la polvere di metallo. Nel testare questi parametri, il problema principale che si è distinto con la lega di rame è stata la sua sensibilità all’ossigeno. Per ovviare a questo, la società ha raccomandato un massimo di 500 ppm di ossigeno nei suoi sistemi quando lavora con il materiale.