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Impresión 3D en cobre

3D printing copper

Tradicionalmente, el cobre era un material muy popular debido a su conductividad térmica y eléctrica. Los desarrollos recientes han abierto nuevas posibilidades en la fabricación aditiva.

El cobre es un material sumamente interesante por sus propiedades de conductividad y por ser altamente maleable.

Estas mismas propiedades obstaculizaron su éxito como una opción viable para la impresión 3D. Sin embargo, eso ha cambiado.

La técnica más común para imprimir cobre en 3D es Powder Bed Fusion. Esta técnica utiliza rayos eléctricos para derretir los polvos del material y «pegar» el material. Cuando la temperatura desciende, el material se consolida.

Los procesos más populares de Powder Bed Fusion se conocen como sinterización selectiva por láser (SLS), para plásticos, y fusión selectiva por láser (SLM), para metales.

A pesar de que SLM es un excelente proceso de impresión para muchos metales, existía un desafío particular cuando se trataba de la impresión 3D con cobre.

Las propiedades de conductividad del material hacen que el calor de los rayos eléctricos se refleje en lugar de absorberse.

Otro problema recurrente era el hecho de que la pieza impresa se agrietaba cuando la temperatura bajaba demasiado rápido y / o bajaba demasiado.

Trabajando hacia la solución: láser verde y precalentamiento

El año pasado, investigadores del Instituto Fraunhofer de Alemania desafiaron el status quo y desarrollaron una técnica que hizo posible la impresión 3D de piezas de cobre de alta calidad.

Su solución consistió en cambiar el láser infrarrojo de una máquina SLM con un láser verde. Suena simple, ¿verdad?

Es un poco más complejo que eso. Una búsqueda rápida en Wikipedia nos enseña que el término láser, es acrónimo de Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación o light amplification by stimulated emission of radiation en inglés. En resumen, los láseres son fuentes de luz caracterizadas por su longitud de onda en el vacío. Cada tipo de láser proyecta un rayo concentrado que se amplifica mediante radiación estimulada.

La luz de este láser verde para impresoras SLM desarrollado por el instituto alemán es mejor absorbida por el cobre, lo que facilita la fusión del material.

Pero el problema del agrietamiento debido a las caídas de temperatura seguía ahí. La solución fue precalentar el material antes de iniciar el proceso de impresión, lo que es suficiente para evitar una gran caída de temperatura.

Esta técnica se presenta como la primera alternativa real para la impresión 3D de cobre, presentando una oportunidad fantástica para los fabricantes.

El fabricante de máquinas TRUMPF ha aplicado estas tecnologías en su nueva máquina, la TruPrint 5000.

La máquina utiliza TruPrint Laser Metal Fusion (LMF), un láser verde, y precalienta el material a 500 ° C.

La TruPrint 5000 se demostró en Formnext, la feria de impresión 3D de Frankfurt en noviembre de 2018.

La máquina también imprime otros metales preciosos, no solo con cobre.

green laser
La capa de cobre en polvo se expone a un láser verde durante el proceso de impresión SLM 3D. Fuente: Fraunhofer ILT

Polvo de cobre

Si se superan los desafíos que presenta la imprimir en este material, el cobre tiene el potencial de ser ampliamente adoptado en la fabricación aditiva.

Como se señaló: el cobre tiene propiedades térmicas interesantes y, junto con las ventajas de FA, en particular la libertad de diseño, hace que el proceso de fabricación aditiva sea beneficioso para muchas aplicaciones térmicas.

Para anticipar la demanda de cobre en FA, diferentes empresas están desarrollando polvos especiales de cobre y aleaciones de cobre para el mercado de la impresión 3D.

¿Quieres saber más sobre el costo de imprimir su pieza con cobre?

Aplicaciones

El cobre es un metal blando, maleable y dúctil. El cobre es un metal con un color rojo anaranjado. Tiene una conductividad térmica y eléctrica muy alta.
Las aplicaciones del cobre son:

  • cableado eléctrico (el cobre es un conductor de calor y electricidad)
  • material de construcción para techos, plomería, elementos decorativos y esculturas (por ejemplo, la Estatua de la Libertad está hecha de cobre). El cobre se oxida y se vuelve de color verde claro.
  • constituyente de varias aleaciones metálicas, como son el bronce (una aleación de cobre y estaño) y el latón (una aleación de cobre y zinc) y la plata esterlina (aleación de plata y cobre)
  • maquinaria y motores
  • Aplicaciones marinas: el cobre es bioestático, las bacterias u otras formas vivas no crecerán en él. Se utilizó en el transporte marítimo para evitar el crecimiento en los cascos de los barcos.
  • fregaderos, grifos, picaportes, pasamanos, etc. Dado que el cobre es bioestático, se utiliza (en varias aleaciones) en electrodomésticos que manejan muchas personas, para evitar la propagación de bacterias.

Conclusión

En resumen, la impresión 3D con cobre se está convirtiendo rápidamente en una realidad. Se están superando los obstáculos técnicos para su impresión y las grandes empresas están desarrollando aleaciones de cobre anticipándose a la demanda del mercado.

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