Sebagai bahan utama di sektor serbuk logam, tembaga dan paduannya, dengan konduktivitas listrik, konduktivitas termal, dan ketahanan korosinya yang luar biasa, memegang posisi yang tak tergantikan di-bidang manufaktur kelas atas seperti dirgantara, elektronik, kendaraan listrik, dan banyak lagi. Namun, penerapan bubuk tembaga pada Laser Powder Bed Fusion (LPBF), sebuah teknologi manufaktur aditif logam utama, telah lama menghadapi tantangan utama: efisiensi penggabungan energi yang sangat rendah antara laser inframerah tradisional dan bahan tembaga. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan semakin matangnya teknologi laser hijau dan-optimasi mendalam terhadap solusi laser merah, perusahaan-perusahaan dalam negeri telah memperkenalkan pendekatan teknologi yang berbeda berdasarkan panjang gelombang yang berbeda-beda, sehingga menawarkan solusi yang beragam kepada industri.
Kesulitan dalam pembuatan aditif bubuk tembaga berasal dari karakteristik materialnya: reflektifitas tinggi dan konduktivitas termal tinggi. Untuk laser inframerah dekat tradisional dengan panjang gelombang sekitar 1064nm, reflektifitas tembaga padat melebihi 95%, yang berarti sebagian besar energi laser dipantulkan secara langsung dan tidak dapat digunakan secara efektif untuk peleburan bubuk. Bahkan jika sejumlah energi diserap, konduktivitas termal tembaga yang tinggi, mencapai 390 W/(m·K) (kira-kira lima kali lipat baja tahan karat), menyebabkan pembuangan panas yang cepat, menyebabkan kumpulan lelehan tidak stabil dan kerentanan tinggi terhadap cacat seperti porositas, kurangnya fusi, dan percikan. Inti dari pemecahan masalah ini terletak pada pemanfaatan prinsip fisik bahwa serapan laser tembaga bervariasi menurut panjang gelombang. Penelitian menunjukkan bahwa pada suhu kamar, daya serap tembaga untuk laser inframerah 1064nm hanya 4%-5%, sedangkan untuk lampu hijau 515-532nm, daya serapnya melonjak menjadi sekitar 40%, peningkatan yang hampir mencapai satu urutan besarnya. Perbedaan absorptivitas yang signifikan ini berasal dari mekanisme interaksi yang berbeda antara foton dengan panjang gelombang berbeda dan elektron bebas dalam tembaga. Foton dengan panjang gelombang lebih pendek (hijau) memiliki energi lebih tinggi dan lebih mudah diserap oleh elektron tembaga dan diubah menjadi panas, sehingga secara mendasar meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi laser.
Mengatasi Tantangan Teknis:
1. Masalah Absorptivitas Rendah: Rendahnya serapan tembaga untuk sinar laser merah merupakan kendala fisik utama. Hal ini diatasi melalui desain-ketahanan pantulan tinggi-sistem penuh, yang melibatkan penyesuaian mendalam mulai dari arsitektur peralatan hingga parameter proses guna mengoptimalkan efisiensi transmisi energi.
2. Jendela Proses Sempit: Pencetakan laser merah pada bubuk tembaga memerlukan kontrol proses yang lebih presisi. Hal ini diatasi dengan memanfaatkan proses pembuatan bubuk GHA (Gas Atomisasi) yang dikembangkan sendiri untuk menghasilkan bubuk tembaga dengan kemurnian tinggi dengan kebulatan lebih besar dari atau sama dengan 95% dan kandungan oksigen<200 ppm, providing a material foundation for process optimization.
3. Tantangan Manajemen Termal: Konduktivitas termal tembaga yang tinggi menyebabkan pembuangan panas dengan cepat. Melalui "sinergi mendalam" antara bubuk, peralatan, dan proses, sebuah terobosan telah dicapai dalam menstabilkan konduktivitas termal dalam kisaran 400-410 W/(m·K), sehingga kinerja termal komponen cetakan 3D kembali ke tingkat ideal yang khas dari tembaga murni konvensional.
Skenario Aplikasi: Solusi laser merah sangat-cocok untuk aplikasi yang mengutamakan sensitivitas biaya,-produksi batch komponen format besar, dan persyaratan konduktivitas termal yang sangat tinggi, seperti pelat pendingin cair pusat data, penukar panas-berskala besar, dan substrat pembuangan panas untuk elektronika daya.