印度研究人员使用3D打印和紫外线辅助烧结来测试铜泡沫的性能

3D打印快讯
2020
02/12
11:50
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来源:广西增材制造协会

Pulak M. Pandey和GurminderSingh(印度新德里印度技术学院机械工程系)在最近发表的“晶胞形状和支杆尺寸对有序泡沫铜的弯曲性能的影响”中,研究了晶胞和铜之间的关系,同时采用3D打印和超声振动辅助无压力烧结。

近来,泡沫铜和整个金属泡沫已成为工业用户更感兴趣的制造材料,可分为开放式(对热交换器应用产生巨大影响)或封闭式(多孔,并用于吸收冲击)。两种类型的泡沫在航空航天、汽车、热交换器和生物医学领域等应用中均显示出潜力。

由于开孔泡沫具有较高的表面积,因此与封闭泡沫相比,它们表现出优异的机械性能,并具有较高的热性能和良好的导电性。但是,从历史上看,使用金属泡沫的3D打印和增材制造工艺一直充满挑战,带来了诸如卷曲、膨胀等问题。在使用EBM 3D打印代替激光时,打印件仍显示出12%以上的收缩率。然而,最近有报道称将3D打印与UV辅助烧结结合使用是成功的:

“据观察,该工艺能够制造出具有最大8.07%收缩率的不同晶胞形状的均匀铜金属泡沫。研究人员说:“金属泡沫支柱的尺寸和晶胞形状是获得低重量更好的强度的重要参数。”

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采用的快速制造流程的流程图

一些研究人员发现在使用开孔铁泡沫时机械性能有所提高,而另一些研究人员则依靠晶胞形状效应在铝方面取得了成功。除了用于电位的一些外围测试外,几乎没有用均匀的泡沫金属进行任何研究。在这项研究中,研究人员使用了平均粒径为8 μm的铜粉。创建了两种不同的样本形状:简单立方(SC)和立方(BCC)。三种不同的支撑尺寸用于检查晶胞的形状。

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(a)通过快速生产SC和BCC泡沫制成的弯曲试样,以及(b)在Instron UTM上进行弯曲实验

研究人员使用SLA 3D打印机从聚合物中创建样品,并将打印的零件用作模具的图案。在测试过程中,研究人员注意到隔离的微孔,表明铜颗粒的良好扩散。但是,泡沫材料表现出脆性,并且与体心立方(BCC)晶胞相比,晶胞形状样品具有“较短的平台面积”。

研究人员总结说:“在骨折后的颈部研究中,与BCC样品相比,在SC样品中观察到了粗糙的酒窝。”

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弯曲试验后(a)SC和(b)BCC弯曲样品的SEM观察
两种类型的晶胞形状的厚支杆尺寸样品均具有高强度特性。与BCC样品的弯曲模量(230-515 MPa)和弯曲强度(8-22 MPa)相比,SC单位形状的弯曲样品显示出较高的弯曲模量(310-843 MPa)和弯曲强度(14-32 MPa)。”

如今,铜在3D打印应用中的使用越来越多,例如在抗菌3D打印,铜复合材料,制成的线圈和导体等中可见。


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