研究人员添加石墨烯以提高3D打印铜的强度和密度

时间：2021-02-10 09:53 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网2月10日讯，乌普萨拉大学的一组研究人员与石墨烯专家Graphmatech一起，在用铜粉对高强度零件进行3D打印方面取得了重大进展。通过使用Graphmatech的专有涂层技术，该团队能够用石墨烯层涂覆铜粉颗粒的外表面。由于石墨烯相对较暗，该涂层降低了混合3D打印粉末的反射率，从而大大提高了其能量吸收水平。当使用激光粉末床熔化（L-PBF）系统打印时，发现这可以转化为更高的零件密度和更高的机械性能。
Ulf Jansson教授的研究小组在该大学的Ångström实验室领导了这项研究。他说：“开发的用石墨烯涂覆金属粉末的新工艺为各种应用中的新材料设计开辟了非常有趣的前景。”

石墨烯涂覆的铜粉的SEM成像。图片来自乌普萨拉大学。
高反射金属问题
       由于L-PBF的光学特性，使用高反射金属（例如纯铜）进行3D打印可能会面临挑战。在大多数工业系统中通常使用的波长下，激光传递的许多能量只是被反射而不是被吸收，这会导致粉末未完全熔化的印刷零件中出现孔隙和空隙。
         铜的出色导热性也使其成为出色的散热器，这意味着印刷零件往往会迅速冷却-如此之大，以至于在建造后出现收缩引起的开裂是一个真正的问题。这些因素的结合使得铜和其他类似金属至少在其纯净的形式上非常不适用于基于激光的3D打印过程。
        Graphmatech的首席执行官Mamoun Taher博士解释说：“通过使用Graphmatech的专利石墨烯技术对铜粉的表面进行改性，我们成功地将反射率降低了67％。这种可3D打印的混合材料具有在诸如电动汽车，电子和国防等一系列行业中增加价值的潜力。”
         石墨烯涂层不仅提高了铜的可印刷性，还可以在3D打印过程中幸存下来，这意味着它可以进一步提高印刷组件的密度，同时使它们具有光滑的黑色光泽。当涉及非机械性能时，石墨烯涂层还有助于防止紫外线和腐蚀，提高耐火性和耐久性。 Graphmatech已经与数个项目合作伙伴合作开发了用于增材制造的涂层粉末复合材料，目前正在扩大其专利技术的规模。

圆柱体3D打印在石墨烯涂层的铜上。图片由乌普萨拉大学提供。
3D打印行业中的铜
红棕色材料的特征在于其出色的导电性和延展性，使铜成为电气布线以及热组件（如热交换器）的主要选择。虽然基于激光的3D打印工艺在很大程度上与金属不兼容，但基于挤出的FDM打印却取得了更大的成功。
早在2020年，3D打印机制造商Markforged宣布发布自己的纯铜丝选项，可与该公司的Metal X 3D打印机一起使用。该公司表示，与使用常用金属制造零件的传统制造工艺相比，客户现在有减少交货时间和零件成本的潜力。

在其他地方，材料开发商Copper3D先前3D打印了由该公司专有的PLACTIVE细丝制成的抗菌母乳喂养设备。注入纳米铜的PLA被用作母子之间的界面，使受污染的母乳中的HIV失活。

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