印度研究人員使用3D打印和紫外線輔助燒結(jié)來測試銅泡沫的性能

來源：廣西增材制造協(xié)會

Pulak M. Pandey和GurminderSingh（印度新德里印度技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系）在最近發(fā)表的“晶胞形狀和支桿尺寸對有序泡沫銅的彎曲性能的影響”中，研究了晶胞和銅之間的關(guān)系，同時采用3D打印和超聲振動輔助無壓力燒結(jié)。

近來，泡沫銅和整個金屬泡沫已成為工業(yè)用戶更感興趣的制造材料，可分為開放式（對熱交換器應(yīng)用產(chǎn)生巨大影響）或封閉式（多孔，并用于吸收沖擊）。兩種類型的泡沫在航空航天、汽車、熱交換器和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等應(yīng)用中均顯示出潛力。

由于開孔泡沫具有較高的表面積，因此與封閉泡沫相比，它們表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，并具有較高的熱性能和良好的導(dǎo)電性。但是，從歷史上看，使用金屬泡沫的3D打印和增材制造工藝一直充滿挑戰(zhàn)，帶來了諸如卷曲、膨脹等問題。在使用EBM 3D打印代替激光時，打印件仍顯示出12％以上的收縮率。然而，最近有報道稱將3D打印與UV輔助燒結(jié)結(jié)合使用是成功的：

“據(jù)觀察，該工藝能夠制造出具有最大8.07％收縮率的不同晶胞形狀的均勻銅金屬泡沫。研究人員說：“金屬泡沫支柱的尺寸和晶胞形狀是獲得低重量更好的強(qiáng)度的重要參數(shù)。”

采用的快速制造流程的流程圖

一些研究人員發(fā)現(xiàn)在使用開孔鐵泡沫時機(jī)械性能有所提高，而另一些研究人員則依靠晶胞形狀效應(yīng)在鋁方面取得了成功。除了用于電位的一些外圍測試外，幾乎沒有用均勻的泡沫金屬進(jìn)行任何研究。在這項(xiàng)研究中，研究人員使用了平均粒徑為8 μm的銅粉。創(chuàng)建了兩種不同的樣本形狀：簡單立方（SC）和立方（BCC）。三種不同的支撐尺寸用于檢查晶胞的形狀。

（a）通過快速生產(chǎn)SC和BCC泡沫制成的彎曲試樣，以及（b）在Instron UTM上進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)

研究人員使用SLA 3D打印機(jī)從聚合物中創(chuàng)建樣品，并將打印的零件用作模具的圖案。在測試過程中，研究人員注意到隔離的微孔，表明銅顆粒的良好擴(kuò)散。但是，泡沫材料表現(xiàn)出脆性，并且與體心立方（BCC）晶胞相比，晶胞形狀樣品具有“較短的平臺面積”。

研究人員總結(jié)說：“在骨折后的頸部研究中，與BCC樣品相比，在SC樣品中觀察到了粗糙的酒窩。”

彎曲試驗(yàn)后（a）SC和（b）BCC彎曲樣品的SEM觀察

兩種類型的晶胞形狀的厚支桿尺寸樣品均具有高強(qiáng)度特性。與BCC樣品的彎曲模量（230-515 MPa）和彎曲強(qiáng)度（8-22 MPa）相比，SC單位形狀的彎曲樣品顯示出較高的彎曲模量（310-843 MPa）和彎曲強(qiáng)度（14-32 MPa）。”

如今，銅在3D打印應(yīng)用中的使用越來越多，例如在抗菌3D打印，銅復(fù)合材料，制成的線圈和導(dǎo)體等中可見。