Metal 3D baskı (Eklemeli İmalat) uzun süre boyunca Titanyum ve Çelik gibi malzemelere odaklandı. Bakır ise "kutsal kase" olarak görüldü ama uzak duruldu. Nedeni basitti: Bakırın eşsiz ısı iletkenliği ve lazeri geri yansıtma özelliği, onu basılması en zor metallerden biri yapıyordu.
Ancak son teknoloji lazer sistemleri ve yüksek saflıkta gaz atomize bakır tozları sayesinde bu engel aşıldı. Artık imkansız denilen geometrilerde, avuç içi kadar bir parçayla devasa radyatörlerin yaptığı soğutmayı yapmak mümkün.
Bu yazımızda, bakır tozu kullanılarak üretilen yeni nesil ısı eşanjörlerini ve kullanılan alaşımları (Saf Bakır ve CuCrZr) inceliyoruz.
Isı iletkenliği söz konusu olduğunda, Gümüş haricinde Bakır'ın endüstriyel bir rakibi yoktur.
Alüminyum: ~150-200 W/mK
Saf Bakır: ~390-400 W/mK
Yani bakır, ısıyı alüminyumdan neredeyse iki kat daha hızlı transfer eder. Elektronik bir çipi soğuturken veya bir roket motorunun yanma odasını eritmeden çalıştırmak isterken bu fark, "başarı" ile "felaket" arasındaki çizgidir.
Geleneksel yöntemlerle (CNC, kaynak) üretilen ısı eşanjörleri, genellikle "boru ve kanatçık" (tube and fin) yapısındadır. Bu tasarımların verimliliği sınırlıdır ve çok yer kaplarlar.
3D baskı ise TPMS (Triply Periodic Minimal Surface) veya "Gyroid" adı verilen matematiksel yapıların üretilmesine olanak tanır.
Avantajı: Bu yapılar, çok küçük bir hacimde muazzam bir yüzey alanı sunar. Sıvı veya hava, bu karmaşık labirentin içinden geçerken ısıyı maksimum verimle atar. Sonuç: %50 daha hafif, %300 daha verimli soğutucular.
Bakırın 3D yazıcılarda işlenmesi iki ana zorluğu beraberinde getiriyordu:
Reflektivite (Yansıtma): Standart 3D yazıcılar "Kızılötesi" lazer kullanır. Bakır, kırmızı ışığın %90'ını ayna gibi geri yansıtır. Bu durum, tozun erimemesine ve makinenin optiklerinin zarar görmesine neden oluyordu.
Çözüm: Artık Yeşil Lazer (Green Laser) veya Mavi Lazer teknolojileri kullanılıyor. Bakır, yeşil ışığı emer ve mükemmel şekilde erir.
Oksidasyon: Bakır tozu havadaki oksijene karşı çok hassastır. Oksitlenmiş toz, parçanın elektriksel ve termal iletkenliğini düşürür.
Çözüm: Vakumlu paketleme ve gaz atomizasyonu ile üretilmiş, küreselliği yüksek, düşük oksijenli tozlar kullanmak şarttır.
Piyasada en çok talep gören iki tür bakır tozu vardır:
Maksimum elektrik ve ısı iletkenliği (IACS %100) gereken yerlerde kullanılır.
Kullanım: Endüksiyon bobinleri, yüksek performanslı elektronik soğutucular (CPU/GPU blokları).
Saf bakır yumuşaktır. Mekanik dayanıklılık gerektiğinde bu alaşım tercih edilir.
Özellikleri: Isı iletkenliğinden çok az ödün vererek (Saf bakırın %80-90'ı kadar), çok daha yüksek sertlik ve çekme dayanımı sunar.
Kullanım: Roket motoru gömlekleri (liner), kaynak elektrotları, otomotiv parçaları.
Elektrikli Araçlar (EV): Batarya paketlerinin ve güç invertörlerinin soğutulması.
Veri Merkezleri: Sunucu işlemcilerinin sıvı soğutma blokları.
Havacılık: Roket nozülleri (hem yakıtın soğuk kalması hem de yüksek ısıya dayanması gerekir).
Bakır tozu ile eklemeli imalat, sadece bir üretim yöntemi değişikliği değil, bir tasarım devrimidir. Artık mühendisler "Nasıl üretirim?" diye düşünmek yerine "Isıyı en iyi nasıl atarım?" diye düşünerek tasarımlarını özgürce yapabilmektedir. Yüksek kaliteli, akışkanlığı mükemmel ve oksijensiz bakır tozları, bu devrimin hammaddesidir.
