向技術(shù)要優(yōu)勢，升華三維間接3D打印純銅材料致密部件

來源：升華三維


銅及銅合金材料是一種重要的工業(yè)材料,，具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐腐蝕性能,，且具有良好的力學(xué)性能和加工成形性,，是人類最早使用的金屬材料之一，曾創(chuàng)造了青銅器時代的輝煌,。隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的飛速進步,，新材料朝著超高性能、高純度,、高迭代的方向發(fā)展,。純銅因其優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性而聞名，是電路布線、熱交換器,、管道和散熱器等傳熱部件材料的理想之選,。

△由UPS-250打印加工完成的純銅樣品

突破傳統(tǒng)，3D打印可快速成形
純銅具有較大的發(fā)展?jié)摿�和�?yīng)用前景,，但是隨著應(yīng)用端對復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件的需求增多,，傳統(tǒng)制備純銅部件的工藝已無法滿足全部需求。相較于金屬粉末注射成形技術(shù)（MIM）,，3D打印散熱器或熱交換器組件不僅可以更大程度地滿足大尺寸的產(chǎn)品成型,，而且還滿足了產(chǎn)品趨向緊湊型、高效性,、模塊化,、多材料的發(fā)展趨勢，特別適用于異形,、結(jié)構(gòu)一體化,、薄壁,、薄型翅片,、微通道、復(fù)雜形狀,、點陣結(jié)構(gòu)等加工,，可見,，3D打印具有傳統(tǒng)制造技術(shù)所不具備的優(yōu)勢。

△升華三維間接3D打印流程

SLM、EBM遇難題,，純銅3D打印挑戰(zhàn)重重
同時，也由于銅的導(dǎo)熱性和反射性高,，使選區(qū)激光熔化技術(shù)（SLM）在進行銅合金零件3D打印時充滿挑戰(zhàn),。銅在激光熔化的過程吸收率低（銅對1050nm波長的高功率激光吸收率只有2~3%），激光難以持續(xù)熔化銅金屬粉末,，從而導(dǎo)致成形效率低，冶金質(zhì)量難以控制,。此外,，銅的高延展性給去除多余粉末這樣的后處理工作增加了難度,。因此純銅也極難使用基于激光的3D打印系統(tǒng)來加工。目前的解決方法一是利用短波長激光,，如采用綠/藍激光來完成該材料制作，另一個是提高功率,，常規(guī)激光器功率為200W,，針對銅的SLM打印,，激光功率則需要1000W，然而這對設(shè)備本身要求很高,，激光器也因為反射率高容易損壞,。

針對銅零部件的3D打印,，其實電子束熔化技術(shù)（EBM）也算稍具優(yōu)勢,，由于其使用的是電子束為熱源,，不會受到SLM激光高反射因素的影響。但因銅具有高導(dǎo)電率,，EBM打印過程會很短；又因銅的高導(dǎo)熱率,，會導(dǎo)致打印的模型尺寸精度和力學(xué)性能各方面的可控性較差,，打印的銅零件表面質(zhì)量不佳，這又將為銅感應(yīng)線圈等應(yīng)用的后處理帶來不便,。

△升華三維3D打印純銅換熱器

PEP技術(shù)+純銅=無限可能
顯然,，純銅3D打印技術(shù)的研究與開發(fā)面臨重重困難。國內(nèi)金屬·陶瓷間接3D打印引領(lǐng)者深圳升華三維科技有限公司的研究人員,，通過自有專利,，用獨有方式正在通過粉末擠出打印技術(shù)（Powder Extrusion printing,，PEP）,，克服純銅材料3D打印制造領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。在純銅3D打印上,，升華三維一舉填補國內(nèi)空白,，首創(chuàng)的PEP技術(shù)以間接3D打印的方式完美駕馭純銅材料，自由打印出純銅部件,。

△由UPS-250打印加工完成的RF器模型

基于PEP技術(shù),，升華三維純銅3D打印不需要高能激光束，巧妙地避開了純銅打印過程中的高導(dǎo)熱率,、高反射率的問題,，通過先打印生坯,，然后再經(jīng)過脫脂,、燒結(jié)，得到純銅零件,。在打印過程中,，想要獲得高致密度或高導(dǎo)電導(dǎo)熱純銅制件,，其純銅打印材料配方和脫脂燒結(jié)的工藝要求也非常高，升華三維純銅顆粒料UPGM-CU則十分適配于純銅3D打印,，其保持原料高純凈度的同時還具有更易實現(xiàn)致密化的特性,，能滿足不同銅零件的打印需求。

△由UPS-250打印加工完成的換熱器模型

升華三維自主研發(fā)的3D打印設(shè)備,，可以加工純銅及其合金材料以制造致密的部件,，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于熱交換器、散熱器和電感應(yīng)器的產(chǎn)品開發(fā)中,。例如，PEP這一技術(shù)在冷卻流道制造中的應(yīng)用,，升華三維通過提供完善的冷卻流道解決方案,，將助力純銅零部件的性能提升到最優(yōu),。在此方案中,，純銅3D打印冷卻流道的優(yōu)勢在于可以為產(chǎn)品設(shè)計帶來更高的自由度,，使設(shè)計師可以嘗試具有更高熱傳導(dǎo)能力的先進結(jié)構(gòu),，創(chuàng)建高度集成,、復(fù)雜、更貼合零部件表面的隨形冷卻通道,，打印出結(jié)構(gòu)緊湊,、流體通道復(fù)雜、重量更輕,，尺寸更小、效率更高的產(chǎn)品零部件,，實現(xiàn)高性能純銅組件制造的新可能,，而這也正是航空航天和國防建設(shè)中所需要的。