SintavとHoloは、宇宙船を冷やすのに役立つ金属銅の3Dプリント部品を開発しています

最近、積層造形材料としての銅の見通しが徐々にエンジニアに支持されています。これは主に「ワイルドウェストスペースカウボーイ」の探求によるものです。 「カウボーイ」という用語については、フロリダ州ハリウッドにあるSintaviaLLCのエンジニアリング担当副社長であるPavloEarleから、商用航空宇宙産業の発展を促進する先駆者たちへの興味深い発言です。宇宙および防衛システム。3D印刷部品。

銅の熱特性は、ロケット推進システムの製造に不可欠です。アール氏は次のように指摘しています。「銅の熱特性により、銅はロケット推進システムの重要なコンポーネントになっています。銅は非常に優れた熱伝達を提供するため、冷却に非常に適しています。ロケットコンポーネントは、多くの冷却を必要とするデバイスです。 「」

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△Sintaviaは、NASAや宇宙船部品の商用サプライヤーが使用する銅合金であるGRCop-42用に独自の3D印刷技術を開発しました。画像ソース：シンタビア

2021年9月22日、南極ベアは、シンタビアが最近、NASAや民間航空宇宙企業が使用する銅合金であるGRCop-42の独自の印刷技術の開発を発表したことを知りました。同社によれば、この技術により、後処理ステップとしての熱間静水圧プレスが不要になり、製造時間、コスト、および複雑さが軽減されます。



△SintaviaはEOSGmbHM400-4プリンターで独自の銅印刷技術を開発しました。画像ソース：シンタビア

Sintaviaは主に、粉末床溶融技術である直接金属レーザー焼結（DMLS）を使用して、一部の顧客向けに製造された銅ロケットスラストチャンバーコンポーネントを含む銅部品を印刷します。ほとんどの部品はスラスターアセンブリに取り付けられた大きなコンポーネントであり、製造に数日から数週間かかる場合があります。冷却機能はこれらのコンポーネントに統合されていますが、形状が複雑なため、製造が困難です。



△シンタビアの銅印刷技術は、独自のパラメータ設定と後処理熱処理を組み合わせたものです。写真は、6枚のビルディングプレートを収容できる同社の真空炉を示しています。画像ソース：シンタビア

アール氏は、「従来の方法でこれらの部品を製造することは非常に難しく、時間とコストがかかる」と述べ、「熱交換器を作るために1つの材料だけを使用することはできません。すべてを処理する必要があります。小さな部品とそれらを一緒に接続します。」

銅は熱特性に加えて、優れた導電性も備えています。 HoloInc。のCEOであるHalZarem氏は、次のように述べています。銅すべての用途は熱または電気です。「HoloIncは、カリフォルニア州ニューアークにある純銅部品の添加剤メーカーです。



△これは、壁が0.5mmのセルが4mmのジャイロスコープです（Holo 3D印刷されたジオメトリは、内部トポロジを強調するために角度を付けてカットされています）。ジャイロスコープやその他の格子形状を使用して、高強度対重量比を作成します。熱交換器およびその他の熱機器用の耐荷重部品。画像ソース：ホロ

純銅印刷

HoloのPureForm印刷プロセスは、デジタル光処理技術に基づいており、バインダーに銅を印刷し、次に焼結してポリマーを除去します。 Holoの共同創設者兼社長であるArianAghababaie氏は、このプロセスにより、高い熱伝導率と電気伝導率、および優れた機能を備えた純銅部品を製造できると述べました。



△高性能CPUやグラフィックスプロセッシングユニットを冷却するための純銅液コールドプレートの拡大図。このコールドプレートには、150ミクロンのフィンと直交して配置された乱流機能が含まれています。画像ソース：ホロ

Aghababaie氏によると、PureFormの優れた機能を生み出す能力と、設計の自由度の最大化などの積層造形の固有の利点により、従来の製造プロセスで製造された銅の性能を超える複雑な銅構造を印刷できるようになります。コンポーネント。現在、これらのコンポーネントは、さまざまな業界で使用されている高出力半導体機器や高周波システムの冷却に使用されています。



△Holoは、PureFormプラットフォームでこれらの24個のマイクロインダクタンスコイルを大量生産しており、20個のアレイを同時に印刷できます。これらのコイルストランドの直径は400ミクロンです。画像ソース：ホロ

Zaremによると、多くのデバイスには大きな銅板が含まれています。ほとんどの場合、特別な製造プロセスは必要ありませんが、3Dプリントに適した「複雑な部品」が含まれています。彼は次のように説明しました。「顧客は銅システムの小さな部分を印刷するために私たちのところに来て、3D印刷された部分を大きなコンポーネントに溶接、溶接、またはろう付けします。RFマイクロコンダクタンスコイルの製造など、その他の場合は、パーツ全体が印刷されます。これらの状況の両方で、当社のテクノロジーによって提供される優れた機能と設計の自由が必要です。」

アール氏はまた、「銅の印刷にどのような技術を使用しても、この作業を行う人は、環境内の酸素やその他の元素にさらされると、銅がすぐに酸化されることを覚えておく必要があります。酸化による銅粉の破壊を防ぐためです。 、ユーザーは純粋な環境でシステムを操作し、材料の保管と輸送に注意する必要があります。」
緑色レーザーポインター
金属銅3D印刷材料の競争

一部の添加剤技術を使用して銅部品を印刷できますが、正しい選択は最終的な用途によって異なります。たとえば、Aghababaieは、溶融フィラメント製造（FFF）は主にプロトタイプ技術であり、製造ツールではないと考えています。さらに、FFF部品は層間剥離である可能性があり、これは平面の導電率に悪影響を与えると彼は言いました。彼は次のように述べています。「これらの技術を使用した純銅印刷のデモンストレーションはありましたが、まだ生産レベルに達していません。」

電子ビーム溶解と指向性エネルギー堆積（DED）に関して、Aghababaieはこれらの技術を「通常はかなり低解像度の技術」と説明しています。製造された部品は表面粗さが高く、電気用途で失われる可能性があります。つまり、これらの技術で作られた銅部品は、機能部品に変換するためにかなりの後処理が必要になります。

アールは、微細な特徴を生み出すことになると、DEDは粉末床融合技術と比較してギャップもあると指摘しました。ただし、DEDはより大きな部品を製造でき、部品の製造に必要な時間はより短いと彼は付け加えました。

彼はまた、銅の反射率がDMLSなどのレーザーベースの印刷プロセスを複雑にすることを指摘しました。レーザーを使用して銅を溶かそうとすると、それが反射し、材料がこのエネルギーを吸収しないため、印刷は非常に困難です。

アールは次のように結論付けています。「銅でのDMLSの成功は、反射率や材料によって引き起こされるその他の問題に対処する特別なプロセスに依存します。銅材料の印刷技術に独自のパラメータを開発し、処理、印刷、および独自の組み合わせに合格しました。後処理ステップの数は、非常に優れた機械的特性を実現します。」