Rame nella stampa 3D

Il rame conduce elettricità e calore meglio di quasi tutti gli altri metalli tecnici – ma nella stampa 3D è uno dei materiali più impegnativi. PROTIQ si occupa della stampa 3D del rame dal 2013 e oggi realizza componenti in rame puro mediante fusione laser selettiva (SLM) con una conducibilità elettrica di fino a 59 MS/m.

Sul PROTIQ Marketplace sono disponibili quattro materiali in rame: rame puro, rame puro low-O₂, rame RS e la lega CuCr1Zr. PROTIQ è a sua volta uno dei produttori – rame puro, rame puro low-O₂ e rame RS li produciamo internamente. Componenti tipici sono induttori, dissipatori e scambiatori di calore con canali integrati, componenti di raffreddamento per data center e sbarre collettrici.

• La sfida
• Sviluppo
• Materiali in rame
• Applicazioni
• Competenza
• FAQ

• dal 2013PROTIQ lavora il rame nella stampa 3D
• ≤ 59 MS/mconducibilità elettrica del rame puro
• 415 ± 10 W/(m·K)conducibilità termica del rame puro
• 4 materiali in ramesul PROTIQ Marketplace

La sfida

Perché il rame è così impegnativo nella stampa 3D?

Il rame riflette gran parte dell'energia laser incidente e allontana molto rapidamente il calore dalla zona di fusione. La finestra di processo è quindi stretta: troppo poca energia porta a una fusione incompleta, troppa energia a surriscaldamento, evaporazione e porosità.

• Riflessione: mentre molti metalli assorbono l'energia laser in modo relativamente buono, il rame ne riflette gran parte. Fondere la polvere è quindi molto più difficile che, ad esempio, con l'acciaio inossidabile.
• Conduzione del calore e geometria: il calore introdotto si diffonde rapidamente nel componente. Già differenze di geometria, spessore delle pareti o dimensioni del componente modificano la dissipazione del calore – per questo materiale, sistema laser, gestione del processo e geometria devono essere perfettamente coordinati.
• Purezza e ossidazione: anche piccole impurità o apporti di ossigeno possono compromettere le proprietà elettriche e termiche. Sono quindi fondamentali una gestione controllata delle polveri, atmosfere di gas inerte adeguate e un controllo qualità rigoroso.

Il rame non si può lavorare in modo affidabile con parametri standard. Servono esperienza nello sviluppo dei processi e padronanza del materiale – proprio ciò che PROTIQ ha costruito in oltre dieci anni di stampa 3D del rame.

Ecco come funziona la fusione laser selettiva

Sviluppo

Come si è sviluppata la stampa 3D del rame in PROTIQ?

Per molto tempo il rame è stato considerato quasi impossibile da controllare nella fusione laser. Un primo approccio è stato quello di utilizzare materiali in rame con elementi di lega, più facili da lavorare – a scapito però della conducibilità. PROTIQ ha percorso questa strada passo dopo passo: dal rame RS al rame puro fino al rame puro low-O₂, particolarmente povero di ossigeno.

1. 2013

   Rame RSPROTIQ riesce a lavorare in modo additivo il rame RS ad alta conducibilità – un primo passo concreto per rendere il rame utilizzabile nella stampa 3D, ad esempio per gli induttori.

2. In seguito

   Rame puroGrazie a qualità delle polveri, strategie di scansione e parametri di processo sempre più evoluti, PROTIQ lavora rame puro al 100% – senza elementi di lega che riducono la conducibilità.

3. Oggi

   Rame puro low-O₂Una strategia coordinata di materiale, processo e post-trattamento mantiene l'apporto di ossigeno il più basso possibile lungo l'intera catena di processo.

Di conseguenza l'attenzione si è spostata: non si tratta più solo di capire se il rame si può stampare, ma di migliorare in modo mirato le proprietà funzionali dei componenti.

• Dall'archivio: PROTIQ rende possibile la stampa 3D con rame puro al 100%

Materiali in rame

Quali materiali in rame sono disponibili per la stampa 3D?

Sul PROTIQ Marketplace trovi rame puro, rame puro low-O₂, rame RS e CuCr1Zr. Per la massima conducibilità il rame puro è la prima scelta, il low-O₂ per componenti che richiedono una purezza particolarmente elevata. Il CuCr1Zr offre maggiore resistenza con una conducibilità inferiore.

* I valori per il rame puro low-O₂ e il CuCr1Zr sono disponibili su richiesta.

Rame puro

Il rame puro è il materiale per componenti che conducono corrente o dissipano calore – come induttori, dissipatori, componenti di contatto o scambiatori di calore. Secondo la scheda tecnica, il rame puro realizzato in modo additivo da PROTIQ raggiunge una conducibilità elettrica di fino a 59 MS/m e una conducibilità termica di 415 ± 10 W/(m·K). La sua conducibilità è quindi nettamente superiore a quella del rame RS.

Grazie allo sviluppo continuo di qualità delle polveri, strategie di scansione e parametri di processo nascono componenti in rame per elevati requisiti elettrici e termici – con la libertà di progettazione della produzione additiva.

• Conducibilità elettrica≤ 59 MS/m
• Conducibilità termica415 ± 10 W/(m·K)
• Densità8,9 g/cm³
• Resistenza a trazione (come costruito)220 ± 10 MPa
• Limite di snervamento R_p0,2 (come costruito)140 ± 20 MPa
• Allungamento a rottura (come costruito)50 ± 10%

Scheda tecnica rame puro

Rame puro low-O₂

Il rame puro low-O₂ è una variante del rame puro particolarmente povera di ossigeno per la produzione additiva – per componenti che richiedono una purezza particolarmente elevata. L'obiettivo è mantenere l'apporto di ossigeno il più basso possibile lungo l'intera catena di processo: anche piccoli apporti di ossigeno o umidità possono favorire l'ossidazione nella stampa 3D e influire così sulla lavorazione e sulle proprietà del materiale.

Per questo non conta solo la qualità della polvere di partenza: a causa della sua grande superficie, la polvere metallica è particolarmente sensibile all'ossigeno e all'umidità. Anche lo stoccaggio, la gestione delle polveri, i cicli delle polveri e le condizioni durante il processo giocano un ruolo. Il rame puro low-O₂ rappresenta quindi una strategia coordinata di materiale, processo e post-trattamento sviluppata da PROTIQ.

Il materiale è interessante ovunque la conducibilità elettrica o termica determini direttamente le prestazioni: nel raffreddamento dell'elettronica, negli scambiatori di calore, nei componenti conduttori di corrente e negli induttori. L'elevata purezza è richiesta anche a temperature molto basse, dove già piccole impurità possono influire sensibilmente sulla conducibilità.

Rame RS

Con il rame RS, PROTIQ è entrata nel 2013 nella stampa 3D del rame. Il materiale si è dimostrato valido soprattutto negli induttori per il riscaldamento a induzione: secondo la scheda tecnica raggiunge una conducibilità elettrica di 51 MS/m sul bordo e 32 MS/m nel nucleo e una conducibilità termica di 265 W/(m·K).

CuCr1Zr

La lega rame-cromo-zirconio unisce una buona conducibilità a una resistenza e una durezza superiori rispetto al rame puro. È adatta a componenti che, oltre alla conducibilità, sono soggetti a maggiori sollecitazioni meccaniche.

• Conducibilità elettrica (bordo / nucleo)51 / 32 MS/m
• Conducibilità termica265 W/(m·K)
• Densità8,7–8,9 g/cm³
• Spessore minimo delle pareti0,6 mm
• Spessore per componenti a tenuta di fluidida 1 mm
• Prova di tenuta6 bar di aria compressa

Scheda tecnica rame RS

Applicazioni

Per cosa si usano i componenti in rame stampati in 3D?

Ovunque sia necessario condurre corrente o dissipare calore e la geometria faccia la differenza: negli induttori per il riscaldamento a induzione, negli scambiatori di calore e nei dissipatori, nei componenti di raffreddamento per data center ed elettronica, nonché nelle sbarre collettrici e nelle strutture conduttive.

Induttori

Bobine cave in rame con canali di raffreddamento integrati, perfettamente adattate al pezzo – configurabili anche online.

Scopri gli induttori

Scambiatori di calore e dissipatori

Alette di raffreddamento curve, strutture reticolari e canali integrati aumentano la superficie e migliorano lo scambio termico.

Scopri gli scambiatori di calore

Data center e raffreddamento dell'elettronica

Cold plate e componenti di raffreddamento con canali a forma libera – dal raffreddamento dei chip al raffreddamento a liquido nel data center.

Scopri i data center

Sbarre collettrici

Componenti conduttori di corrente e strutture conduttive con geometrie realizzabili solo in parte con metodi convenzionali.

Scopri le sbarre collettrici

Prototipi funzionali per elettronica e motori elettrici

Perché test elettrici e analisi termiche siano significativi, i prototipi dovrebbero avere il più possibile le stesse proprietà del materiale dei futuri componenti di serie. Con il rame stampato in 3D si realizzano componenti di contatto, elementi di collegamento o strutture conduttive in modo rapido e senza utensili. Anche nello sviluppo di motori elettrici è possibile testare come prototipi strutture conduttive come gli avvolgimenti hairpin e adattarle in modo mirato.

Applicazioni a basse temperature

Nelle applicazioni criogeniche e in altre applicazioni a basse temperature, anche piccole impurità possono influire sensibilmente sulla conducibilità elettrica e termica. Qui l'elevata purezza del rame puro low-O₂ è particolarmente interessante.

Competenza

Cosa rende PROTIQ un esperto nella stampa 3D del rame?

PROTIQ lavora il rame nella stampa 3D dal 2013, sviluppa costantemente i propri materiali e processi in rame e accompagna i progetti dalla progettazione al componente finito – per gli induttori fino all'ottimizzazione basata sulla simulazione.

Ordina online componenti in rame o richiedi un progetto

Carica i tuoi dati 3D, scegli il materiale in rame adatto nel configuratore o richiedilo a noi – e confronta le offerte a colpo d'occhio. Per forme di bobina semplici c'è il configuratore di induttori. Per componenti complessi, i nostri esperti ti consigliano personalmente.

• Prototipi, pezzi singoli e piccole serie
• Strutture interne complesse e canali di raffreddamento integrati
• Consulenza di progettazione dal team PROTIQ

FAQ

Domande frequenti sul rame nella stampa 3D

Che cos'è la stampa 3D del rame?

Nella stampa 3D del rame i componenti vengono costruiti strato dopo strato a partire da polvere di rame – direttamente dai dati CAD e senza utensili. In questo modo si ottengono geometrie complesse come canali di raffreddamento integrati o strutture conduttive ottimizzate per la funzione, difficili o impossibili da realizzare con metodi convenzionali.

Con quale processo si stampa il rame in 3D?

PROTIQ realizza componenti in rame mediante fusione laser selettiva (SLM). La macchina deposita la polvere metallica strato dopo strato su una piattaforma di costruzione e un laser fonde la polvere in modo mirato nei punti in cui nasce il componente.

Perché il rame è difficile da lavorare nella stampa 3D?

Il rame riflette gran parte dell'energia laser e allontana molto rapidamente il calore dalla zona di fusione. La finestra di processo è quindi stretta: troppo poca energia porta a una fusione incompleta, troppa a surriscaldamento, evaporazione e porosità. A ciò si aggiunge la sensibilità all'ossigeno e alle impurità.

Quali materiali in rame sono disponibili sul PROTIQ Marketplace?

Puoi scegliere tra rame puro, rame puro low-O₂, rame RS e la lega CuCr1Zr. Rame puro, rame puro low-O₂ e rame RS sono prodotti direttamente da PROTIQ.

Quale conducibilità raggiunge il rame puro stampato in 3D?

Secondo la scheda tecnica, il rame puro realizzato in modo additivo da PROTIQ raggiunge una conducibilità elettrica di fino a 59 MS/m e una conducibilità termica di 415 ± 10 W/(m·K) con una densità di 8,9 g/cm³.

Qual è la differenza tra rame puro e rame RS?

Con il rame RS, PROTIQ è entrata nella stampa 3D del rame nel 2013; il materiale si è dimostrato valido soprattutto negli induttori. Il rame puro è composto al 100% da rame e raggiunge una conducibilità nettamente superiore: fino a 59 MS/m, rispetto a 51 MS/m sul bordo e 32 MS/m nel nucleo del rame RS.

Che cos'è il rame puro low-O₂?

Il rame puro low-O₂ è una variante del rame puro particolarmente povera di ossigeno per componenti che richiedono una purezza particolarmente elevata. PROTIQ ha sviluppato a tale scopo una strategia coordinata di materiale, processo e post-trattamento che mantiene l'apporto di ossigeno il più basso possibile lungo l'intera catena di processo – dalla polvere allo stoccaggio e alla gestione fino al processo di stampa.

Per quali applicazioni è adatto il rame stampato in 3D?

Applicazioni tipiche sono induttori per il riscaldamento a induzione, scambiatori di calore e dissipatori, componenti di raffreddamento per data center ed elettronica, sbarre collettrici e strutture conduttive, nonché prototipi funzionali per elettronica e motori elettrici.

Il rame stampato in 3D è adatto alla produzione in serie?

Sì. Oltre a prototipi e pezzi singoli, i componenti in rame stampati in 3D vengono realizzati anche in piccole serie – soprattutto quando sono richieste geometrie complesse o funzioni integrate come i canali di raffreddamento. Saremo lieti di verificare con te se la stampa 3D è conveniente per le tue quantità.

Come ottengo un'offerta per un componente in rame?

Carica i tuoi dati 3D nel configuratore, scegli il materiale in rame e confronta le offerte. Per forme di bobina semplici usa il configuratore di induttori. Per progetti complessi o domande sul materiale, scrivici un'e-mail.

Ulteriori informazioni

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