苏州倍丰SP100成功3D打印纯铜&铜合金

导读：纯铜因其优良的导电性和导热性而闻名，是电路布线、热交换器、管道和散热器等传热部件的理想选择材料。不幸的是，由于纯铜的导电性和高反射率，使高功率的激光束失去作用，因此纯铜也极难使用基于激光的3D打印系统来加工。

2022年4月11日，南极熊获悉，苏州倍丰通过SP100金属3D打印机针对铜合金&纯铜材料打印有了突破性进展，纯铜试样在SP100上获得圆满成功。苏州倍丰（AmPro Innovations）是由吴鑫华院士一手创立，下设两个子公司（苏州三峰、澳洲AmPro）由她率领的研发团队是全球最早一批进行3D打印技术及材料应用和研发，并拥有近30年的航空航天材料研究和应用经验。

△ SP100打印机

3D打印技术具有以下特点 ：

• 复杂结构零部件
• 材料利用率高
• 无需开模等优点
  

铜&铜合金打印难点
铜以其延展性而闻名，是金属3D打印机看似理想的打印材料。此外，金属表现出仅次于银的导热率水平，并且高导电性使其适用于工业应用。但铜合金的激光3D打印却不是一件容易的事情，我们所周知的原因如下：

1）铜合金和金银一样，导热性能良好、比热容小、浸湿性能差、表面有坚硬的氧化膜，对光斑的反射率较大，这就使得激光产生的热量在其表面不易停留，直接熔覆功能涂层难以实现；做激光的太容易理解这一点了，铜合金反射镜就是在激光中的典型应用。

2）铜合金基体与涂层的材料体系之间的性能差别很大，使用过程中的界面失效问题要得到一定的重视，在中间要有相应的过渡层连接；铜合金、金银的延展性好，大家也是太熟悉不过了，

3）涂层内韧性不足，热裂和应力等缺陷存在于涂层内部。

由于铜的导热性和反射性极佳，这使得铜金属在3D打印机内部难以操作。 但是铜金属在激光熔化的过程中，吸收率低，激光难以持续熔化铜金属粉末，从而导致成形效率低，冶金质量难以控制等问题。此外，铜的高延展性给去除多余粉末这样的后处理工作增加了难度。

铜合金CuNi2SiCr10
金属3D技术在制备复杂功能集成的纯铜或铜合金散热器与热交换器、火箭发动机燃烧室和尾喷管、新能源汽车电机绕组等零部件方面具有巨大的应用潜力。

△由SP100 打印机加工完成的热交换样件

由SP100 打印机加工完成的热交换样件是采用复杂曲面无支撑结构设计，最大悬空面角度达到45°的临界值，最终样件成形表面粗糙度低、成形尺寸精度高， SP100在整个3D打印过程中表现出了优异的成形性能。

SP100打印机主要优势表现为：

• 可移动构建仓、送粉仓——方便快捷；
• 新材料研发——科研首选；
• 全自主研发打印软件——品质保障；
  

高反射纯铜打印——毫无压力
Oxygen-free copper (OFC)

纯铜和铜合金由于极好的导电、导热、耐腐蚀性及韧性等特点，被广泛应用于电力、散热、管道、装饰等领域，有的铜合金材料因具有良好的导电、导热性和较高强度，被广泛应用于制造航空、航天发动机燃烧室部件。

△纯铜打印样件

△纯铜打印样件

纯铜件主要由于是高反射率材料，打印相对较难，因为入射的激光能量不能被很好的吸收。市面上多数打印设备都是采用绿激光来完成该材料制作，而苏州倍丰SP100能够在不更换激光的前提下，完美驾驭了该材料。

△不同层厚交错测试

倍丰SP100系列上测试OFC（氧含量低于0.001%的纯铜）材料，在数次打印测试后，获得成功OFC的不同层厚交错样件，图4中每个基板上的方块件都采用不同的参数，不同参数组能够给后期制作实际应用薄壁件和其他打印件时起到有效支撑。