1. การแนะนำเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยทองแดง
Selective Laser Melting (SLM), Selective Electron Beam Melting (SEBM), Glue Jet (BJ) และ Selective Laser Sintering (SLS) เป็นกระบวนการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุยอดนิยมหลายขั้นตอนที่ส่วนใหญ่ใช้ในการพิมพ์ทองแดงแบบ 3 มิติ
การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเรียว (SLM) การใช้เลเซอร์เป็นแหล่งความร้อน เทคโนโลยี SLM ซึ่งเป็นวิธีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อด้วยการหลอมด้วยผงแป้ง (PBF) ช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างสามมิติได้โดยการหลอมผงโลหะทีละชั้น เทคนิค SLM สามารถสร้างเอฟเฟกต์การพิมพ์ที่มีความหนาแน่นสูงและความแม่นยำที่ยอดเยี่ยมในการพิมพ์ 3 มิติด้วยทองแดง ประสิทธิภาพการหลอมละลายต่ำเป็นผลมาจากความยากที่พลังงานเลเซอร์จะถูกดูดซับโดยผงทองแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากการสะท้อนแสงของทองแดงไปยังเลเซอร์อินฟราเรดได้ดีเยี่ยม นักวิจัยได้สร้างแหล่งความร้อนทดแทนซึ่งรวมถึงเลเซอร์สีเขียวหรือลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อแก้ไขปัญหานี้ เพื่อยกระดับเกรดโลหะวิทยาและประสิทธิภาพการพิมพ์ของทองแดง
แม้ว่าจะใช้ลำแสงอิเล็กตรอนเป็นแหล่งความร้อน แต่เทคโนโลยี Selective Electron Beam Melting (SEBM) ก็คล้ายคลึงกับ SLM ลำอิเล็กตรอนที่เหมาะกว่าสำหรับการพิมพ์ 3 มิติของทองแดงคือลำแสงอิเล็กตรอน เนื่องจากมีค่าการสะท้อนแสงไปยังทองแดงต่ำกว่าและมีความสามารถในการทะลุทะลวงได้ดีกว่า การตั้งค่าสุญญากาศสูงช่วยให้สามารถดำเนินการเทคโนโลยี SEBM เพื่อลดการเกิดออกซิเดชันของวัสดุให้เหลือน้อยที่สุดโดยการใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อรับประกันความถี่การประมวลผลที่ดีขึ้น สำหรับการพิมพ์ 3 มิติของวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง เช่น ทองแดง SEBM จึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด
เทคโนโลยีกาวเจ็ต (BJ) เป็นเทคนิคการผลิตสารเติมแต่งแบบผงเบด โดยได้ส่วนประกอบโลหะขั้นสุดท้ายโดยการติดอนุภาคผงเข้าด้วยกันเป็นอันดับแรกโดยการพ่นกาว จากนั้นจึงเอากาวออกโดยการเผาผนึกหรือไพโรไลซิส ด้วยต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำและรวดเร็วในการผลิตส่วนประกอบทองแดงที่มีรูปแบบซับซ้อน เทคโนโลยี BJ จึงสามารถบรรลุผลสำเร็จได้ แต่เนื่องจากกาว การพิมพ์ BJ ของชิ้นส่วนทองแดงอาจมีความหนาแน่นและความแข็งแรงค่อนข้างน้อยกว่าการพิมพ์โดย SLM และ SEBM
เทคนิค Selective Laser Sintering (SLS) ทำงานคล้ายกับ BJ เพียงแต่วัสดุที่ใช้เป็นแบบผสมผสาน รวมถึงโพลีเมอร์ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำบางชนิดด้วย แม้ว่าทองแดงบริสุทธิ์อาจไม่ให้ผลการพิมพ์ที่ดีเท่ากับ SLM และ SEBM แต่เทคโนโลยี SLS อาจทำให้การพิมพ์ 3 มิติของวัสดุโลหะผสมทองแดงสำเร็จได้
2.การใช้งานและความท้าทายของการพิมพ์ 3 มิติด้วยทองแดง
เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติของ Copper มีความเป็นไปได้อย่างมากสำหรับการใช้งานในหลายรูปแบบ ในขอบเขตของอิเล็กทรอนิกส์และวิศวกรรมไฟฟ้า ขดลวดทองแดงที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถเพิ่มการเชื่อมต่อความร้อนของขดลวดได้อย่างมาก ลดการสูญเสีย และเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า ตรงตามเกณฑ์อุณหภูมิสูงและความแข็งแรงสูง ส่วนประกอบทองแดงที่พิมพ์ด้วย 3D สามารถใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศเพื่อผลิตหม้อน้ำและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ในบรรดาส่วนประกอบการถ่ายเทความร้อน นอกจากนี้ การนำไปใช้อย่างกว้างขวางในโดเมนต่างๆ รวมถึงการดูแลสุขภาพและยานยนต์ก็คือเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบทองแดง
อย่างไรก็ตาม การพิมพ์ 3 มิติทองแดงก็มีปัญหาเช่นกัน ประการแรก การสะท้อนกลับที่ดีเยี่ยมของทองแดงและการนำความร้อนที่เหนือกว่าทำให้แหล่งความร้อน เช่น เลเซอร์หรือลำอิเล็กตรอนละลายผงทองแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพได้ยาก ดังนั้นจึงลดประสิทธิภาพการพิมพ์และการควบคุมคุณภาพทางโลหะวิทยาที่ท้าทาย ประการที่สอง ความเหนียวที่ยอดเยี่ยมของทองแดงทำให้งานหลังการประมวลผล รวมถึงการกำจัดผงมีความซับซ้อนมากขึ้น นอกจากนี้ การจำกัดการใช้ทองแดงในการพิมพ์ 3D ในหลายภาคส่วนทำให้ต้นทุนค่อนข้างแพง
3. ความคิดริเริ่มและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D Copper
นักวิจัยมักจะมองหาเทคโนโลยีใหม่ๆ และวิธีการจัดการกับปัญหาในการพิมพ์ 3D แบบทองแดง อัตราการดูดซับเลเซอร์และความเข้มของทองแดงสามารถเพิ่มขึ้นได้ เช่น โดยการผสมหรือการแนะนำอนุภาคที่ต่างกัน การเพิ่มอนุภาคนาโนแลนทานัมเฮกซาโบไรด์ (LaB6) ช่วยให้สามารถพิมพ์ทองแดงที่มีความแข็งแรงสูงและเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูงแบบ 3 มิติได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการทำงานร่วมกันซึ่งรวมถึงมหาวิทยาลัยเจ็ดแห่ง รวมถึงมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ ทองแดงบริสุทธิ์ที่ได้รับการเสริมความแข็งแกร่งนี้ไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม แต่ยังรักษาค่าการนำไฟฟ้าที่ดีและความเสถียรทางความร้อน ดังนั้นจึงนำเสนอแนวคิดใหม่สำหรับการพิมพ์ 3D ด้วยทองแดง
นอกจากนี้ การใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์ใหม่ๆ เช่น เลเซอร์สีเขียว แสงสีน้ำเงิน และแสงสีแดง ได้นำเสนอโอกาสใหม่ในการพิมพ์ 3 มิติด้วยทองแดง เนื่องจากวิวัฒนาการของเทคโนโลยีเลเซอร์ ทองแดงสามารถช่วยให้แหล่งเลเซอร์เหล่านี้ดูดซึมได้ดีขึ้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพโลหะและประสิทธิภาพการพิมพ์ ควบคู่ไปกับการพัฒนาเทคโนโลยีการเตรียมผงและเทคโนโลยีหลังการบำบัดแบบใหม่นี้ ถือเป็นความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบทองแดงที่ได้รับการสนับสนุน
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-in-orthopedic-implant.html