Anteriormente, no era posible fundir cobre para piezas complejas impresas en 3D utilizando un láser infrarrojo.
Crear piezas de plástico de formas intrincadas con una impresora 3D ya no es un proceso desafiante, sino una tecnología cotidiana. Sin embargo, este escenario es bastante diferente cuando el material es cobre puro: hasta ahora, no ha sido posible fundir por completo este metal de bajo punto de fusión para crear componentes complejos capa por capa utilizando láseres infrarrojos.
Pero ahora, el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Vigas (IWS) en Dresde, Alemania, está utilizando un novedoso sistema de fabricación aditiva, que procesa el metal casi sin defectos usando un láser de emisión verde de onda corta.
Esta capacidad, dice IWS, permite nuevos enfoques de producción que antes no se podían realizar con cobre puro. Por lo tanto, se pueden realizar componentes complejos hechos de cobre puro y aleaciones de cobre para la industria aeroespacial y automotriz y se puede aumentar la eficiencia de motores eléctricos e intercambiadores de calor.
Fraunhofer IWS ahora puede diseñar y crear componentes de cobre puro con una excelente conductividad eléctrica y térmica. Estos componentes permiten, por ejemplo, motores eléctricos más eficientes y disipadores de calor innovadores en electrónica de potencia.
Además, son concebibles aplicaciones en la producción de bobinas e inductores. Los componentes de cobre fabricados de forma aditiva son especialmente adecuados para dispositivos compactos con un espacio de instalación reducido, alta eficiencia y alto rendimiento. Por ejemplo, se pueden fabricar disipadores de calor más eficientes y compactos para la electrónica de potencia del futuro, así como bobinas individuales particulares para accionamientos eléctricos en satélites, sistemas de refrigeración en sistemas de propulsión espacial y muchas otras partes.
Capacidad rara
El nuevo sistema de fusión por rayo láser es único en Sajonia; solo hay unos pocos sistemas comparables en Alemania. En lugar de luz infrarroja con una longitud de onda de 1064 nm, el sistema utiliza un láser de disco con luz verde de alta energía con una longitud de onda de 515 nm.
“Experimentos anteriores han demostrado repetidamente que las fuentes de rayos láser infrarrojos de hasta 500 vatios no son lo suficientemente eficientes para derretir completamente el cobre”, comentó Samira Gruber, quien supervisa el proyecto como asistente de investigación en IWS.
Solo el 30 por ciento de la energía utilizada llega al material de cobre; el resto se refleja en el metal. El nuevo láser verde con un máximo de 500 vatios ofrece una solución diferente: aquí, el polvo de cobre absorbe más del 70 por ciento de la energía utilizada y se derrite por completo, lo que a su vez permite su aplicación en la fabricación aditiva.
Dado que el cobre conduce muy bien el calor y la electricidad, constituye una mejora importante si este metal también se puede procesar en sistemas de producción de aditivos. “Los componentes hechos de cobre puro y aleaciones de cobre juegan un papel importante en las industrias aeroespacial, electrónica y automotriz, por ejemplo, en accionamientos eléctricos o como intercambiadores de calor”, dijo Elena López, jefa del departamento de fabricación aditiva de Fraunhofer IWS.
“Las piezas de cobre fabricadas de forma aditiva son superiores a muchas soluciones de aluminio debido a una mayor conductividad específica de volumen. Esto es particularmente interesante donde se requieren diseños pequeños y alto rendimiento ".
Muchas piezas de cobre ya se pueden mecanizar, forjar o fundir hoy. Sin embargo, la implementación de procesos de fabricación aditiva abre nuevas opciones para producir geometrías muy complejas, que simplemente no son posibles con la fabricación convencional.
Investigadores de AM unen fuerzas en Sajonia
El nuevo equipo Fraunhofer IWS se realizó a través del centro de rendimiento “Producción y materiales inteligentes”. Este centro es una alianza de Technische Universität Chemnitz, Technische Universität Dresden y los Institutos Fraunhofer IWS, ENAS, IWU e IKTS, todos los cuales están investigando tecnologías y materiales de fabricación innovadores para la Industria 4.0.
La máquina de procesamiento láser Trumpf TruPrint1000 equipada con un láser verde ahora se encuentra en el Centro de fabricación aditiva de Dresde (AMCD). Los ingenieros y científicos de IWS de TU Dresden colaboran en este centro en muchas otras tecnologías pioneras para la fabricación aditiva.
Fuentes:
© Fraunhofer IWS Dresde / optics.org