I ricercatori dimostrano l'uso del PBF

1 novembre 2022

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Ricercatori dell'Università di Wolverhampton; Analisi additiva e gruppo AceOn, Telford; L’Università di Bristol e Anopol, Birmingham, Regno Unito, hanno recentemente pubblicato uno studio suMaterialiriguardante la conduttività elettrica del rame e dell'argento prodotti mediante produzione additiva per applicazioni su avvolgimenti elettrici.

Si ritiene che macchine elettriche efficienti e ad alta densità di potenza siano fondamentali per la prossima generazione di tecnologie verdi. Uno dei requisiti principali per queste macchine è la produzione di avvolgimenti ottimizzati, che si basano su materiali elettricamente conduttivi. La produzione additiva di avvolgimenti in rame e argento offre ai produttori l’opportunità di ottimizzare i materiali, utilizzare geometrie personalizzate e intraprendere la topologia e la gestione termica tramite raffreddamento integrato. Tuttavia, con la produzione additiva Laser Beam Powder Fusion (PBF-LB), i materiali riflettenti e conduttivi come Cu e Ag possono rappresentare un problema.

In "Conduttività elettrica di rame e argento prodotti additivamente per applicazioni di avvolgimento elettrico", i ricercatori hanno dettagliato la lavorazione di leghe di Cu, Ag e Cu-AG di elevata purezza su una macchina EOS M290 AM da 400 W e la conducibilità dei materiali risultanti. Sei varianti di materiale sono state studiate in quattro studi comparativi, caratterizzando l'influenza della composizione del materiale, del rivestimento in polvere, dell'esposizione al laser e dell'elettrolucidatura.

Lo studio ha mostrato un collegamento tra le caratteristiche della materia prima di Cu e la risultante conduttività elettrica dei campioni prodotti con la tecnica additiva. Osservando l'influenza della purezza del Cu sulle prestazioni elettriche, non è stata trovata alcuna correlazione, con il Cu con purezza più elevata (>99,98%) che si comporta in modo simile (59,7% e 59% IACS) con il Cu con purezza più bassa (>99%). Per il Cu, si ritiene che una maggiore densità di impaccamento degli strati dettata da una PSD di materia prima inferiore abbia un effetto positivo significativo sulla densità del campione e sulle prestazioni elettriche. Quando si tratta di Cu-Ag, le densità relative e le prestazioni elettriche sono risultate non correlate, principalmente a causa delle prestazioni elettriche limitate dalle interfacce Cu-Ag che influiscono negativamente sulla conduzione degli elettroni. Si è scoperto che i parametri di processo PBF-LB utilizzati per la fabbricazione del campione hanno prodotto Ag più denso rispetto al Cu, il che significa prestazioni elettriche comparativamente più elevate.

Osservando l’impatto del rivestimento in polvere e dell’esposizione al laser sulla lavorazione del Cu tramite la produzione additiva PBF-LB, il rivestimento della lama dura e le strategie di esposizione a laser singolo hanno mostrato miglioramenti nella densità, con aumenti del 2,8% e della conduttività elettrica IACS del 2% per il Cu quando rispetto al rivestimento morbido della lama e alle strategie di doppia esposizione laser. È stato riscontrato che l'elettrolucidatura migliora la ruvidità superficiale del Cu da Ra da 6,42 µm a 2,78 µm. Tuttavia, per le varianti trattate con PBF-LB sono necessarie densità di corrente e durate di immersione doppie rispetto a quelle dell'elettrolucidatura di gradi di rame simili prodotti con altri metodi.

Nel complesso, i risultati sembrano mostrare che, contrariamente alla letteratura recente e alla comprensione comune, la lavorazione di Cu, Ag e Cu-Ag ad elevata purezza è fattibile utilizzando una macchina di produzione additiva PBF-LB laser standard da 400 W. Inoltre, si potrebbero ottenere ulteriori miglioramenti nella densità dei componenti e nelle prestazioni elettriche attraverso l’ottimizzazione della PSD delle materie prime in polvere e dei parametri di processo specifici per la lavorazione di Cu 400 W.

Il documento è disponibile qui, integralmente.

www.wlv.ac.uk

www.additiveanalytics.co.uk

www.aceongroup.com

www.bristol.ac.uk

www.anopol.com

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