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(shè)兩個子公司（蘇州三峰、澳洲AmPro）由她率領(lǐng)的研發(fā)團隊是全球最早一批進行3D打印技術(shù)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(jīng)驗。

△ SP100打印機

3D打印技術(shù)具有以下特點 ：

• 復雜結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(nèi)韌性不足，熱裂和應力等缺陷存在于涂層內(nèi)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(nèi)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(zhì)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(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)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(zhì)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(lǐng)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(shù)打印設(shè)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(shù)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(shù)，不同參數(shù)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。