純銅制造面臨的挑戰(zhàn)
銅加工是我國有色金屬工業(yè)的重要組成部分。經(jīng)過多年的快速發(fā)展梗爸，我國已經(jīng)成為全球最大的銅材生產(chǎn)國和消費國伴郁。銅部件通常采用金屬粉末注射成型 (MIM) 和如鍛造、機加工拯欧、擠壓滚尼、鑄造等傳統(tǒng)工藝制造怠写，可以生產(chǎn)簡單的幾何形狀炊撕，但卻難以生產(chǎn)復雜結(jié)構(gòu)部件宠宗，或者需要通過焊接等其他工藝來實現(xiàn)復雜制造。隨著應用端對復雜結(jié)構(gòu)零部件的需求增多秦物，傳統(tǒng)制備純銅部件的工藝已無法滿足應用市場高速發(fā)展的全部需求瓣硼。而能夠?qū)崿F(xiàn)復雜零件一體化成形的增材制造（AM）技術(shù)優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，在銅部件制作中展現(xiàn)出巨大的應用潛力栋昙。
▲傳統(tǒng)工藝加工的銅零件（來源網(wǎng)絡）
特別是在減材制造工藝中萤榔，純銅是出了名的難用鸯乃，它的的延展性經(jīng)常導致在減材制造操作中變形鲸阻。因此，減材制造通常需要采用電導率和導熱性較低的銅合金缨睡。而在增材制造中鸟悴，純銅材料的應用雖然起步較晚，但近年來已呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢奖年，特別是在國防軍工領域上銅的增材制造應用不斷取得重要進展细诸，更促進了銅材料增材制造的發(fā)展。純銅增材制造的不同工藝金屬增材制造目前最典型的工藝就是選擇性激光熔化（SLM）和電子束熔化(EBM)技術(shù)陋守，同時也可打印純銅材料震贵。但是由于銅金屬高反射、高導電水评、及高導熱猩系，SLM工藝在激光熔化銅的過程中媚送，吸收率低，激光難以持續(xù)熔化銅金屬粉末寇甸，從而導致成形效率低塘偎，冶金質(zhì)量難以控制等問題。此外稀渊，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战凿。而EBM由于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铐跷，因此稍具優(yōu)勢媒龟。但因銅具有高導電率，EBM打印過程會很短涧兜；又因銅的高導熱率揖们，會導致打印的模型尺寸精度和力學性能各方面的可控性較差，因此打印的銅零件表面質(zhì)量不佳妆崇，這又給銅感應線圈等應用的后處理帶來不便捣潭。▲綠色SLM打印純銅（來源3D科學谷《銅金屬3D打印白皮書》）
然而純銅激光增材制造工藝中存在的挑戰(zhàn)也正在被逐漸克服。如采用綠色激光選區(qū)激光熔化系統(tǒng)（綠色SLM）的純銅制件力學性能和電導率都大大提升猜休，反射率的減少可以使得加工過程更加穩(wěn)定而且高效军霸。另外材料擠出、光聚合與粘結(jié)劑噴射工藝的銅3D打印工藝也實現(xiàn)了商業(yè)化飞灰。其中幻彪，基于燒結(jié)的粉末擠出打印（PEP）技術(shù)巧妙避開了純銅打印過程中的高導熱卵渴、高反射問題慧域，通過先打印生坯，然后再經(jīng)過成熟的粉末冶金脫脂和燒結(jié)工藝浪读，得到結(jié)構(gòu)優(yōu)良的高性能純銅部件昔榴。有望為下一代導熱、導電零部件的制造帶來更多樣化的解決方案碘橘。PEP技術(shù)制造銅的優(yōu)勢PEP技術(shù)是由升華三維推出的“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬／陶瓷間接3D打印工藝互订，利用了3D打印技術(shù)的復雜結(jié)構(gòu)、一體化痘拆、輕量化等技術(shù)特點仰禽，再充分發(fā)揮粉末冶金可加工材料廣泛，加工成本低等技術(shù)優(yōu)勢纺蛆，為傳統(tǒng)制造數(shù)字化賦能吐葵。基于PEP技術(shù)3D打印純銅不需要高能激光束，巧妙地避開了純銅打印過程中的高導熱率桥氏、高反射率的問題温峭，通過先打印生坯畴垃，然后再脫脂、燒結(jié)的工藝得到純銅部件疟弹。因其將熱加工過程轉(zhuǎn)移到燒結(jié)步驟鲫畸，使得更容易管理熱應力；而且燒結(jié)溫度低于其他類型的直接3D打印工藝中所需的完全熔化溫度福晋，使得熱量可以更均勻地施加霜宙，從而確保了產(chǎn)品性能的一致性。▲升華三維打印的純銅換熱器
而在打印過程中逼税，想要獲得高致密度或高導電導熱純銅制件堕武，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打印惜选，其保持原料高純凈度的同時還具有更易實現(xiàn)致密化的特性夫泛，能滿足不同純銅零件的打印需求。升華三維自主研發(fā)的3D打印設備且仔，可以加工純銅及其合金材料以制造致密的部件伸畅，目前已經(jīng)廣泛應用于熱交換器、散熱器和電感應器的產(chǎn)品開發(fā)中凹蜂。▲升華三維純銅打印產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)
PEP技術(shù)成形工藝簡單馍驯，無需激光器件，具有低溫成型玛痊、高溫成性的特性汰瘫。可解決如銅類高反射金屬對激光波段吸收率低擂煞，解決同時具備精細復雜幾何結(jié)構(gòu)和高性能純銅制造加工問題混弥；打印材料制備方便，對原始粉末的球形度和流動性沒有嚴格要求对省，適用于粉末冶金工藝所用的粉末材料蝗拿，并且打印材料可循環(huán)利用。為純銅材料制造加工難提供了有效途徑官辽。賦能銅加工制造蛹磺，升華三維力戰(zhàn)不怠近年來粟瞬，面對復雜多變的國內(nèi)外宏觀經(jīng)濟形勢和發(fā)展環(huán)境同仆，我國銅加工產(chǎn)業(yè)積極推進轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)裙品、促轉(zhuǎn)型俗批，保持了行業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展。目前斩憾，我國銅產(chǎn)業(yè)加工能力不斷提升式亥，應用領域不斷擴大枷此，國產(chǎn)化水平不斷提高，整個行業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的良好態(tài)勢纸藕。純銅增材制造可以大大降低制造周期和成本臣锣。其次，還可以制造出結(jié)構(gòu)更為復雜的零件冗炊，不僅提高了產(chǎn)品的精度蔬设，還可以實現(xiàn)定制化生產(chǎn)。這些優(yōu)勢使得純銅增材制造在各行各業(yè)都有廣泛的應用前景知援。
