銅以其紅橙色的色澤而聞名，并因其卓越的物理性能而成為一種廣受歡迎的金屬。這些特性使其成為眾多行業(yè)的關(guān)鍵元素，從電子產(chǎn)品到成品組件的制造，無(wú)所不包。隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)步，銅的應(yīng)用領(lǐng)域也日趨廣泛，使得以往難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜定制設(shè)計(jì)成為可能。為了更好地了解銅的特性、它為3D打印部件帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)以及市場(chǎng)上的領(lǐng)先制造商，請(qǐng)閱讀本指南。

材料特性

銅（Cu），原子序數(shù)為29，是一種化學(xué)元素。它是世界上第三大常用金屬，僅次于鐵和鋁，并且在增材制造領(lǐng)域也越來(lái)越受歡迎。銅的受歡迎程度源于其優(yōu)異的性能，尤其是導(dǎo)電性。由于其良好的導(dǎo)電性、延展性和可塑性，銅是制造電子元件最常用的金屬之一。在3D打印領(lǐng)域，我們發(fā)現(xiàn)了各種銅基合金，每種合金都略有不同。以下列出了一些最常見(jiàn)的合金及其具體特性：

Cu（純銅）：具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，用于電子元件；

CuCrZr（銅鉻鋯）：提高抗變形能力和硬度；

CuCP（磷銅）：耐腐蝕且具有良好的延展性；

鍍錫銅（ CuSn）：提高耐腐蝕性和硬度；

CuNi30（銅鎳合金 30）：具有耐腐蝕性和改進(jìn)的機(jī)械性能。

銅粉。（圖片來(lái)源：Inoxia）

這種材料的提取始于礦山（露天或地下），在那里，銅礦石從地下被開(kāi)采出來(lái)。開(kāi)采出來(lái)的礦石經(jīng)過(guò)破碎和研磨，變成更小的顆粒，這有助于將銅從其他礦物中釋放出來(lái)。隨后，一系列工藝，例如濃縮、冶煉或電化學(xué)精煉，將原礦轉(zhuǎn)化為不同純度的金屬及其合金。正是在這一轉(zhuǎn)化階段，決定了銅的形態(tài)（粉末或絲材），以便用于增材制造。

銅的3D打印

如前所述，銅具有良好的耐腐蝕性，能夠延長(zhǎng)打印部件在惡劣環(huán)境下的使用壽命。此外，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に噧?yōu)化，銅還能展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，包括硬度和耐磨性。然而，銅的3D打印也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，其相對(duì)較低的熔點(diǎn)會(huì)使材料熔合變得復(fù)雜，并影響層間結(jié)合的質(zhì)量。此外，銅的高導(dǎo)熱性會(huì)導(dǎo)致冷卻過(guò)程中出現(xiàn)變形問(wèn)題，從而影響部件的尺寸精度。盡管如此，當(dāng)銅應(yīng)用于增材制造時(shí)，它仍然能夠?yàn)橐笞羁量痰男袠I(yè)制造出所需的部件。

如今，許多3D打印技術(shù)都兼容銅材，其中最常見(jiàn)的是基于粉末系統(tǒng)的技術(shù)。首先，金屬粉末床熔融（L-PBF、DMLS 或 SLM）是一種用于制造幾乎所有金屬合金（包括銅）的最終用途零件和原型的工藝。該技術(shù)的質(zhì)量、強(qiáng)度和密度遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)。電子束熔化（EBM）是另一種兼容銅合金的3D打印技術(shù)，非常適合高端原型制作和小批量生產(chǎn)。

3D打印銅部件（圖片來(lái)源：EOS）

得益于粘結(jié)劑噴射成型工藝，該工藝能夠加工粉末狀材料，因此也可以制造銅制零件。雖然使用這種方法難以高密度加工純銅，但一些公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出自己的解決方案來(lái)克服這一挑戰(zhàn)。這使得他們能夠利用增材制造的幾何自由度和低成本優(yōu)勢(shì)，同時(shí)制造出這種導(dǎo)電金屬零件。

另一種與銅兼容的增材制造技術(shù)是集中能量沉積（CED）。根據(jù)機(jī)器的不同，金屬可以以粉末或絲材的形式存在。與其他金屬技術(shù)不同，DED 3D打印依賴(lài)于通過(guò)實(shí)時(shí)熔化過(guò)程添加材料，這使得它在創(chuàng)建復(fù)雜幾何形狀方面具有更大的靈活性，并且能夠修復(fù)現(xiàn)有部件。

最后，有兩種通常用于塑料材料的技術(shù)，但在某些情況下也可以用于制造銅部件。這兩種技術(shù)分別是擠出式3D打印（FFF/FDM）和光固化成型。對(duì)于前者，Markforged公司開(kāi)發(fā)了能夠加工金屬絲的擠出解決方案。例如，Metal X就是一款FFF 3D打印機(jī)，它能夠處理封裝在塑料粘合劑中的金屬粉末，并逐層沉積。打印完成后，部件必須經(jīng)過(guò)清洗，然后放入烘箱中加熱去除殘留的粘合劑，使其具備所需的性能。至于第二種技術(shù)，Holo、Admatec和Incus等公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各自的金屬3D打印機(jī)，這些打印機(jī)兼容銅材，并基于液態(tài)光刻技術(shù)制造。

主要應(yīng)用

鑒于銅的優(yōu)良特性，其應(yīng)用范圍十分廣泛。無(wú)論采用何種增材制造技術(shù)，銅的高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性都使其脫穎而出。因此，許多公司使用這種材料來(lái)制造需要良好導(dǎo)電性的部件，例如感應(yīng)線(xiàn)圈、電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)繞組、電磁線(xiàn)圈、波導(dǎo)和天線(xiàn)等等。

此外，它是一種非常有用的金屬，可用于制造散熱和熱交換部件，例如冷卻板、散熱器和熱管、熱交換器、冷卻裝置、成型冷卻模具鑲件等。最后，在航空航天工業(yè)中，這種金屬材料常用于推進(jìn)系統(tǒng)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件。

編譯整理：3dnatives