近日，烏普薩拉大學(xué)與瑞典石墨烯材料公司Graphmatech通過(guò)合作，研究證明了一種能有效降低銅粉反射率的方法。這項(xiàng)研究成果或許將在未來(lái)的激光增材制造中，成為3D打印高密度零部件的關(guān)鍵因素。
目前，銅材料在增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用仍然面臨著技術(shù)挑戰(zhàn)。在金屬粉末增材制造過(guò)程中，如果采取常用的激光粉末床熔融波段，只有一小部分能量會(huì)被材料吸收，這也是很難制作高密度3D打印件的重要原因。
■銅粉是使用Graphmatech的專利石墨烯技術(shù)涂覆（圖片來(lái)源：SimonTidén/烏普薩拉大學(xué)）
由烏普薩拉大學(xué)教授Ulf Jansson領(lǐng)導(dǎo)的研究人員，借助Graphmatech公司的石墨烯技術(shù)改變了銅粉的表面性能，成功將其反射率降低了67%。具體方法是，研究人員用石墨烯涂覆在銅粉表面，改變了金屬粉末的表面形態(tài)、導(dǎo)電性、粗糙度，從而改善了激光與金屬粉末表面相互作用的方式，提高了吸收性能。
研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯能在增材制造過(guò)程中始終“存活”，通過(guò)降低多孔性提升銅-石墨烯制件的材質(zhì)密度。Ulf Jansson表示，開發(fā)石墨烯涂覆金屬粉末的新工藝，為各種新材料應(yīng)用開辟了有趣的前景。
Graphmatech首席執(zhí)行官M(fèi)amoun Taher博士談到，隨著電氣化的普及，各行業(yè)對(duì)銅制件的需求將大大增加。他認(rèn)為，通過(guò)石墨烯技術(shù)可以提升銅件的制品性能，同時(shí)也能緩解當(dāng)前無(wú)法滿足各行業(yè)對(duì)銅件需求的壓力。
Mamoun Taher同時(shí)表示，使用這種材料組合（石墨烯+銅）不僅可以在采用更少材料時(shí)達(dá)到要求的技術(shù)性能，而且還可以提高其他（有限或能源密集度較低的）材料的性能，從而在某些工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域增加了替代銅和其他材料的可能性。
■新推出的石墨烯涂層顯著降低了銅粉的反射率（圖片來(lái)源：Uppsala University、Graphmatech）
眾所周知，銅因其延展性和高導(dǎo)電性廣泛用于汽車零件和電子產(chǎn)品（以及許多其他工業(yè)應(yīng)用）。但鑒于銅的反射率，通過(guò)增材制造制造零件一直具有挑戰(zhàn)性。因此，銅零件往往只能以高能耗、低效率和設(shè)計(jì)靈活性小的方法生產(chǎn)。
使用石墨烯技術(shù)可以改善銅的可加工性，還能提高產(chǎn)量并減少浪費(fèi)。研究團(tuán)隊(duì)在一系列普通3D打印機(jī)上對(duì)銅件進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明通過(guò)組合材料生產(chǎn)出的組件比純銅件更堅(jiān)固、更薄且更具導(dǎo)電性，同時(shí)在重量和成本上具有明顯優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)前，Graphmatech公司正與工業(yè)伙伴展開合作，不僅包括涂層金屬粉末產(chǎn)品組合，而且還有金屬?gòu)?fù)合材料、聚合物復(fù)合材料和電池應(yīng)用。在每種情況下，石墨烯都能根據(jù)應(yīng)用和客戶需求進(jìn)行摻入和調(diào)整。
無(wú)論是將流動(dòng)性更好的粉末結(jié)合石墨烯以提高冶金加工性，還是提高塑料或橡膠的強(qiáng)度、耐磨性或?qū)щ娐剩蚋呙芏鹊哪芰績(jī)?chǔ)備。
Mamoun Taher最后指出，石墨烯加銅的組合在耐腐蝕和抗菌特性上也十分具有潛力。其他應(yīng)用還包括更高效的可持續(xù)制造，汽車和航空零部件的輕量化生產(chǎn)以及更高效的電子產(chǎn)品等。
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