1.Giới thiệu công nghệ in 3D đồng
Nóng chảy bằng Laser chọn lọc (SLM), Nóng chảy chùm tia điện tử chọn lọc (SEBM), Máy phun keo dính (BJ) và Thiêu kết laser chọn lọc (SLS) là một số quy trình sản xuất bồi đắp phổ biến chủ yếu được sử dụng trong in 3D đồng.
Làm nóng chảy bằng Laser Slender (SLM) Sử dụng tia laser làm nguồn nhiệt, công nghệ SLM - phương pháp sản xuất phụ gia nấu chảy bột nền (PBF) - cho phép các cấu trúc ba chiều được xây dựng theo từng lớp nấu chảy bột kim loại. Kỹ thuật SLM có thể đạt được hiệu ứng in mật độ cao và độ chính xác cao trong in 3D bằng đồng. Hiệu suất nóng chảy thấp là do bột đồng khó hấp thụ năng lượng laser một cách hiệu quả do đồng có khả năng phản xạ lớn đối với tia laser hồng ngoại. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các nguồn nhiệt thay thế bao gồm tia laser xanh hoặc chùm tia điện tử để giải quyết vấn đề này nhằm nâng cao cấp độ luyện kim và hiệu quả in ấn của đồng.
Mặc dù sử dụng chùm tia điện tử làm nguồn nhiệt nhưng công nghệ Nóng chảy chùm tia điện tử chọn lọc (SEBM) giống với SLM. Phù hợp hơn cho việc in 3D đồng là các chùm tia điện tử vì chúng có độ phản xạ thấp hơn đối với đồng và khả năng xuyên thấu tốt hơn. Cài đặt chân không cao cho phép thực hiện công nghệ SEBM nhằm giảm thiểu quá trình oxy hóa vật liệu bằng cách sử dụng nhiều năng lượng hơn để đảm bảo tần suất xử lý tốt hơn. Do đó, để in 3D các vật liệu có độ phản chiếu cao như đồng, SEBM là lựa chọn tốt nhất.
Công nghệ Dính Jet (BJ) là một kỹ thuật sản xuất bồi đắp dựa trên nền bột, trong đó thành phần kim loại cuối cùng thu được bằng cách dán các hạt bột đầu tiên lại với nhau bằng cách phun chất kết dính và sau đó loại bỏ chất kết dính bằng cách thiêu kết hoặc nhiệt phân. Với chi phí tương đối thấp và sản xuất nhanh các thành phần đồng có hình dạng phức tạp, công nghệ BJ có thể thực hiện được. Nhưng do chất kết dính, các bản in BJ của các bộ phận bằng đồng có thể có mật độ và độ bền thấp hơn một chút so với các sản phẩm được in bằng SLM và SEBM.
Kỹ thuật thiêu kết laser chọn lọc (SLS) hoạt động tương tự như BJ, chỉ có vật liệu được sử dụng là sự kết hợp bao gồm một số polyme có điểm nóng chảy thấp. Mặc dù đồng nguyên chất có thể không có hiệu quả in tốt như SLM và SEBM, công nghệ SLS có thể thực hiện in 3D vật liệu hợp kim đồng.
2.Ứng dụng và thách thức của in 3D đồng
Công nghệ in 3D của Copper có khả năng ứng dụng rất lớn trong nhiều lĩnh vực. Ví dụ, trong lĩnh vực điện tử và kỹ thuật điện, cuộn dây đồng in 3D có thể làm tăng đáng kể khả năng ghép nhiệt của cuộn dây, giảm tổn thất và tăng hiệu suất của động cơ điện. Đáp ứng các tiêu chí về nhiệt độ và độ bền cao, các bộ phận bằng đồng in 3D có thể được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ để sản xuất bộ tản nhiệt và bộ trao đổi nhiệt, cùng với các bộ phận truyền nhiệt. Hơn nữa, được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực bao gồm chăm sóc sức khỏe và ô tô là công nghệ in 3D bằng đồng.
Tuy nhiên, đồng in 3D cũng có những khó khăn nhất định. Trước hết, độ phản xạ lớn và độ dẫn nhiệt vượt trội của đồng khiến các nguồn nhiệt như tia laser hoặc chùm điện tử gặp khó khăn trong việc làm tan chảy bột đồng một cách hiệu quả, do đó làm giảm hiệu quả in ấn và thách thức việc kiểm soát chất lượng luyện kim. Thứ hai, độ dẻo tuyệt vời của đồng khiến cho các công việc xử lý sau bao gồm cả việc loại bỏ bột trở nên phức tạp hơn. Hơn nữa, hạn chế sử dụng đồng in 3D trong một số lĩnh vực là chi phí khá đắt.
3.Tính độc đáo và tiến bộ của công nghệ in 3D đồng
Các nhà nghiên cứu luôn xem xét các công nghệ và phương pháp tiếp cận mới để giải quyết những khó khăn khi in 3D bằng đồng. Ví dụ, tốc độ hấp thụ laser và cường độ của đồng có thể được tăng lên bằng cách hợp kim hóa hoặc đưa vào các hạt không đồng nhất. Việc bổ sung các hạt nano lanthanum hexaboride (LaB6) đã cho phép in 3D đồng có độ bền cao và tính dẫn điện cao một cách hiệu quả nhờ nỗ lực kết hợp của bảy trường đại học, trong đó có Đại học Queensland. Đồng nguyên chất được tăng cường này không chỉ có chất lượng cơ học tuyệt vời mà còn duy trì độ dẫn điện tốt và ổn định nhiệt, từ đó mang đến những khái niệm mới về in 3D bằng đồng.
Hơn nữa, việc sử dụng các nguồn laser mới bao gồm laser xanh, ánh sáng xanh và ánh sáng đỏ đã mang lại triển vọng mới cho việc in 3D bằng đồng nhờ sự phát triển của công nghệ laser. Đồng có thể giúp các nguồn laser này được hấp thụ tốt hơn, từ đó nâng cao chất lượng luyện kim và hiệu quả in ấn. Đồng thời với sự phát triển của công nghệ chuẩn bị và xử lý bột mới này, họ đã khuyến khích sự tiến bộ của công nghệ in 3D bằng đồng.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-in-orthopedic-implant.html