蘇州倍豐SP100成功3D打印純銅&銅合金

導讀：純銅因其優(yōu)良的導電性和導熱性而聞名，是電路布線、熱交換器、管道和散熱器等傳熱部件的理想選擇材料。不幸的是，由于純銅的導電性和高反射率，使高功率的激光束失去作用，因此純銅也極難使用基于激光的3D打印系統(tǒng)來加工。

2022年4月11日，南極熊獲悉，蘇州倍豐通過SP100金屬3D打印機針對銅合金&純銅材料打印有了突破性進展，純銅試樣在SP100上獲得圓滿成功。蘇州倍豐（AmPro Innovations）是由吳鑫華院士一手創(chuàng)立，下設兩個子公司（蘇州三峰、澳洲AmPro）由她率領的研發(fā)團隊是全球最早一批進行3D打印技術及材料應用和研發(fā)，并擁有近30年的航空航天材料研究和應用經驗。

△ SP100打印機

3D打印技術具有以下特點 ：

• 復雜結構零部件
• 材料利用率高
• 無需開模等優(yōu)點
  

銅&銅合金打印難點
銅以其延展性而聞名，是金屬3D打印機看似理想的打印材料。此外，金屬表現(xiàn)出僅次于銀的導熱率水平，并且高導電性使其適用于工業(yè)應用。但銅合金的激光3D打印卻不是一件容易的事情，我們所周知的原因如下：

1）銅合金和金銀一樣，導熱性能良好、比熱容小、浸濕性能差、表面有堅硬的氧化膜，對光斑的反射率較大，這就使得激光產生的熱量在其表面不易停留，直接熔覆功能涂層難以實現(xiàn)；做激光的太容易理解這一點了，銅合金反射鏡就是在激光中的典型應用。

2）銅合金基體與涂層的材料體系之間的性能差別很大，使用過程中的界面失效問題要得到一定的重視，在中間要有相應的過渡層連接；銅合金、金銀的延展性好，大家也是太熟悉不過了，

3）涂層內韌性不足，熱裂和應力等缺陷存在于涂層內部。

由于銅的導熱性和反射性極佳，這使得銅金屬在3D打印機內部難以操作。 但是銅金屬在激光熔化的過程中，吸收率低，激光難以持續(xù)熔化銅金屬粉末，從而導致成形效率低，冶金質量難以控制等問題。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。

銅合金CuNi2SiCr10
金屬3D技術在制備復雜功能集成的純銅或銅合金散熱器與熱交換器、火箭發(fā)動機燃燒室和尾噴管、新能源汽車電機繞組等零部件方面具有巨大的應用潛力。

△由SP100 打印機加工完成的熱交換樣件

由SP100 打印機加工完成的熱交換樣件是采用復雜曲面無支撐結構設計，最大懸空面角度達到45°的臨界值，最終樣件成形表面粗糙度低、成形尺寸精度高， SP100在整個3D打印過程中表現(xiàn)出了優(yōu)異的成形性能。

SP100打印機主要優(yōu)勢表現(xiàn)為：

• 可移動構建倉、送粉倉——方便快捷；
• 新材料研發(fā)——科研首選；
• 全自主研發(fā)打印軟件——品質保障；
  

高反射純銅打印——毫無壓力
Oxygen-free copper (OFC)

純銅和銅合金由于極好的導電、導熱、耐腐蝕性及韌性等特點，被廣泛應用于電力、散熱、管道、裝飾等領域，有的銅合金材料因具有良好的導電、導熱性和較高強度，被廣泛應用于制造航空、航天發(fā)動機燃燒室部件。

△純銅打印樣件

△純銅打印樣件

純銅件主要由于是高反射率材料，打印相對較難，因為入射的激光能量不能被很好的吸收。市面上多數打印設備都是采用綠激光來完成該材料制作，而蘇州倍豐SP100能夠在不更換激光的前提下，完美駕馭了該材料。

△不同層厚交錯測試

倍豐SP100系列上測試OFC（氧含量低于0.001%的純銅）材料，在數次打印測試后，獲得成功OFC的不同層厚交錯樣件，圖4中每個基板上的方塊件都采用不同的參數，不同參數組能夠給后期制作實際應用薄壁件和其他打印件時起到有效支撐。