Koper is een buitengewoon interessant materiaal vanwege zijn geleidbaarheidseigenschappen en omdat het zeer vervormbaar is.
Echter deze eigenschappen maken tevens dat koper een moelijk printbaar materiaal is.
De meest gebruikelijke techniek voor het 3D-printen van koper is ‘Powder Bed Fusion’. Het maakt gebruik van elektronische stralen om materiaalpoeders te smelten en het materiaal als het ware te ‘lijmen’. Wanneer de temperatuur daalt, consolideert het materiaal.
De meest populaire processen van Powder Bed Fusion staan bekend als Selective Laser Sintering (SLS), voor kunststoffen, en Selective Laser Melting (SLM), voor metalen.
Ondanks dat SLM een uitstekend printproces is voor veel metalen, was er een bijzondere uitdaging als het ging om 3D-printen met koper.
Door de geleidbaarheidseigenschappen van het materiaal wordt namelijk de warmte van de elektronische stralen gereflecteerd in plaats van geabsorbeerd.
Een ander terugkerend probleem was het feit dat de print zou barsten als de temperatuur te snel en/of te laag zou dalen.
Naar een oplossing: groene laser en voorverwarmen
In 2017 ontwikkelden onderzoekers van het Fraunhofer-instituut in Duitsland een techniek die 3D-printen van hoogwaardige koperdelen mogelijk maakte.
Hun oplossing bestond erin om in plaats van een infraroodlaser (de standaard in een SLM-machine) een groene laser te gebruiken.
Het licht van deze groene laser ontwikkeld door het Duitse instituut, wordt beter geabsorbeerd door koper, wat het smelten van het materiaal vergemakkelijkt.
Maar het probleem van breuken als gevolg van temperatuurdalingen was er nog steeds. De voorgestelde oplossing is om het materiaal voor te verwarmen voordat het printproces begint, wat voldoende is om een enorme temperatuurdaling te voorkomen.
Deze techniek is het eerste echte alternatief voor 3D-printen met koper en biedt fabrikanten een fantastische kans.
Machinefabrikant TRUMPF heeft deze technologieën toegepast in zijn nieuwe machine, de TruPrint 5000.
De machine maakt gebruik van TruPrint Laser Metal Fusion (LMF), een groene laser, en wordt voorverwarmd tot materiaal tot 500 ° C.
De TruPrint 5000 werd gedemonstreerd op de Formnext 3D printbeurs in Frankfurt in november 2018.
De machine print ook met andere edelmetalen – niet alleen koper.
De laag poedervormig koper wordt tijdens het SLM 3D-printproces blootgesteld aan een groene laser. Bron: Fraunhofer ILT
Koperpoeder
Als de uitdagingen voor het printen met koper inderdaad zijn overwonnen, heeft koper de potentie om breed toegepast te worden in additive manufacturing.
Zoals opgemerkt: koper heeft interessante thermische eigenschappen en maakt, samen met de voordelen van AM, met name de ontwerpvrijheid, het additieve fabricageproces gunstig voor veel thermische toepassingen.
Om te anticiperen op de vraag naar koper in 3D-printing, ontwikkelen verschillende bedrijven speciale koper- en koperlegeringspoeders voor de 3D-printmarkt.
Benieuwd naar de kosten van 3D-printen met koper?
Toepassingen
Koper is een zacht, buigzaam en taai metaal met een oranjerode kleur. Het heeft een zeer hoge thermische en elektrische geleidbaarheid.
Toepassingen voor koper zijn:
- elektrische bedrading (koper is een geleider van warmte en elektriciteit,
- bouwmateriaal voor dakbedekking, sanitair,
- decoratieve elementen en sculpturen (het Vrijheidsbeeld in New York is gemaakt van koper). Het koper oxideert en wordt een lichtgroene kleur.
- bestanddeel van verschillende metaallegeringen, zoals brons (een koper-tinlegering) en messing (een koper-zinklegering) en sterlingzilver (zilver-koperlegering)
- machines en motoren
- maritieme toepassingen: koper is bio-statisch, bacteriën of andere levende vormen groeien er niet op. Het werd in de scheepvaart gebruikt om groei op rompen te voorkomen.
gootstenen, kranen, deurknoppen, leuningen etc. Omdat koper biostatisch is, wordt het (in verschillende legeringen) gebruikt in apparaten die door veel mensen worden gebruikt, om verspreiding van bacteriën te voorkomen.
Conclusie
Samenvattend wordt 3D-printen met koper snel een realiteit. Technische hindernissen worden overwonnen en grote bedrijven ontwikkelen koperlegeringen in afwachting van de marktvraag.
Koper is van oudsher een zeer populair materiaal vanwege zijn goede thermische en elektrische geleidbaarheid. Recente ontwikkelingen hebben nieuwe mogelijkheden geopend voor koper toepassingen met 3D-printing..