Des chercheurs démontrent l'utilisation du PBF

1 novembre 2022

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Des chercheurs de l'Université de Wolverhampton ; Additive Analytics et AceOn Group, Telford ; L'Université de Bristol et Anopol, Birmingham, Royaume-Uni, ont récemment publié une étude dansMatériauxconcernant la conductivité électrique du cuivre et de l'argent fabriqués de manière additive pour les applications de bobinage électrique.

Des machines électriques efficaces et à forte densité de puissance sont considérées comme essentielles à la prochaine génération de technologies vertes. L'une des principales exigences de ces machines est la production d'enroulements optimisés, qui reposent sur des matériaux électriquement conducteurs. La fabrication additive de bobinages en cuivre et en argent offre aux fabricants la possibilité d'optimiser les matériaux, d'utiliser des géométries personnalisées et d'entreprendre une topologie et une gestion thermique via un refroidissement intégré. Cependant, avec la fabrication additive par fusion de poudre par faisceau laser (PBF-LB), les matériaux réfléchissants et conducteurs comme le Cu et l'Ag peuvent poser problème.

Dans "Electrical Conductivity of Additively Manufactured Copper and Silver for Electrical Winding Applications", les chercheurs ont détaillé le traitement des alliages Cu, Ag et Cu-AG de haute pureté sur une machine EOS M290 AM de 400 W et la conductivité des matériaux résultants. Six variantes de matériaux ont été étudiées dans quatre études comparatives, caractérisant l'influence de la composition du matériau, du revêtement en poudre, de l'exposition au laser et de l'électropolissage.

L'étude a montré un lien entre les caractéristiques de la charge d'alimentation en Cu et la conductivité électrique résultante des échantillons fabriqués de manière additive. En examinant l'influence de la pureté du Cu sur les performances électriques, aucune corrélation n'a été trouvée, le Cu de la plus haute pureté (> 99,98 %) ayant des performances similaires (59,7 % et 59 % IACS) au Cu de la plus faible pureté (> 99 %). Pour Cu, une densité de garnissage de couche plus élevée dictée par un PSD de charge d'alimentation plus faible aurait un effet positif significatif sur la densité de l'échantillon et les performances électriques. En ce qui concerne Cu – Ag, les densités relatives et les performances électriques se sont avérées sans rapport, principalement en raison des performances électriques limitées par les interfaces Cu – Ag affectant négativement la conduction électronique. Il a été constaté que les paramètres du processus PBF-LB utilisés pour la fabrication des échantillons entraînaient un Ag plus dense par rapport au Cu, ce qui signifiait des performances électriques comparativement plus élevées.

En examinant l'impact du revêtement en poudre et de l'exposition au laser sur le traitement du Cu via la fabrication additive PBF-LB, les stratégies de revêtement à lame dure et d'exposition au laser unique ont montré des améliorations de la densité, avec des augmentations de 2,8 % et 2 % de la conductivité électrique IACS pour le Cu lorsque par rapport aux stratégies de recouvrement de lame souple et de double exposition au laser. L'électropolissage s'est avéré améliorer la rugosité de surface du Cu de Ra de 6,42 µm à 2,78 µm. Néanmoins, des densités de courant et des durées d'immersion deux fois supérieures à celles du polissage électrolytique de nuances de cuivre similaires fabriquées par d'autres méthodes sont requises pour les variantes traitées au PBF-LB.

Dans l'ensemble, les résultats semblent montrer que, contrairement à la littérature récente et à la compréhension commune, le traitement de Cu, Ag et Cu-Ag de haute pureté est réalisable à l'aide d'une machine de fabrication additive laser PBF-LB standard de 400 W. De plus, d'autres améliorations de la densité des composants et des performances électriques pourraient être obtenues grâce à l'optimisation du PSD de la charge d'alimentation en poudre et des paramètres de processus spécifiquement pour le traitement Cu 400 W.

Le document est disponible ici, dans son intégralité.

www.wlv.ac.uk

www.additiveanalytics.co.uk

www.aceongroup.com

www.bristol.ac.uk

www.anopol.com

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