Fabrication de cuivre haute conductivité par FA

Le défi

La conductivité électrique et thermique exceptionnelle du cuivre pur le rend essentiel pour les composants électriques, les échangeurs de chaleur et les applications électromagnétiques. Cependant, la fabrication additive du cuivre présente des défis significatifs : atteindre une densité totale sans porosité résiduelle, maintenir une haute pureté pendant le traitement, et vérifier que les pièces imprimées délivrent réellement la conductivité promise par le matériau. Les essais destructifs traditionnels consomment des prototypes précieux et ralentissent l’optimisation itérative que le développement des procédés AM exige.

La solution

Cette recherche a développé une voie de traitement complète pour la micro-extrusion 3D du cuivre, de la formulation de la pâte de matière première jusqu’au post-traitement thermique. L’équipe a optimisé une pâte à base de propanol avec un chargement de 95 % en poids de poudre de cuivre, puis a affiné systématiquement les paramètres d’impression et les conditions de frittage pour obtenir des composants de 96–99 % de densité.

Les essais par excitation impulsionnelle ont fourni la boucle de rétroaction rapide et non destructive essentielle à ce travail d’optimisation. En mesurant le module d’élasticité à chaque itération des pièces imprimées, les chercheurs ont pu évaluer la densité et l’intégrité structurelle sans sacrifier d’échantillons. La corrélation entre le module d’élasticité et la densité a donné un aperçu immédiat de l’impact des changements de formulation de pâte, des paramètres d’extrusion ou des conditions de frittage sur la qualité finale de la pièce.

Résultats

Le procédé optimisé produit des pièces en cuivre avec une conductivité électrique de 90–100 % IACS—approchant le maximum théorique du cuivre pur. Les propriétés mécaniques (limite d’élasticité 61 MPa, résistance à la traction ultime 194 MPa, 32 % d’allongement) confirment une liaison métallurgique saine. Pour les fabricants développant des applications AM en cuivre, ces travaux démontrent comment l’IET permet l’itération rapide du procédé nécessaire pour atteindre les objectifs de conductivité et de performance mécanique.