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銅這種具有高導熱和高導電以及高延展性的金屬,，同時還有抗腐蝕，甚至殺死細菌和病毒等能力,，在航空航天,、武器裝備等某些應用場合甚至是必選材料。隨著眾多領域中復雜銅部件需求的增長,，以3D打印技術制備銅的需求自然也開始走上前臺,。可大多數(shù)人不知道的是,，直到2018年之前,，銅都是令3D打印行業(yè)最頭痛的難題之一！
一,、純銅打印發(fā)展
2018年11月13日，法蘭克福國際精密成型及3D打印制造展覽會（Formnext）上,，TRUMPF工業(yè)集團展臺上的3D打印的純銅組件引起圍觀和轟動,，這是業(yè)內(nèi)首次正式場合公開實現(xiàn)純銅3D打印。
一般來說鋁,、鋼,、鈦及其他合金，使用普通的SLM（激光選區(qū)激光熔化）3D打印機就可以處理,，這是因為SLM的光束源大多采取波長約1μm的紅外激光,，而純銅對紅外激光的反射率超過90%，激光照射在銅表面會發(fā)生偏轉(zhuǎn),，所以能量幾乎無法進入材料內(nèi)部使之受熱熔化,，這正是銅3D打印之所以令人頭痛的原因,。為此，TRUMPF采用了更易被銅和金吸收的波長為515nm的綠色激光為3D打印能源,，開發(fā)出了一種新的綠色激光選區(qū)激光熔化系統(tǒng)（綠色SLM），不僅降低了對激光能量的需求,，同時也提供了聚焦精度,。
在TRUMPF之后，包括GE（通用電氣）在內(nèi)的眾多領先企業(yè)和研究機構通過調(diào)整打印系統(tǒng)硬件,、銅材特性以及開發(fā)替代SLM技術等方式,，繼續(xù)探索其他具備可行性的銅增材制造技術。其中,，粉末擠出打印路線雖然出現(xiàn)較晚,，但是避開了純銅打印過程中的高導熱率、高反射率的問題,，目前已成為包括純銅在內(nèi)眾多打印材料的首選方案,！
二、升華三維純銅3D打印案例與粉末擠出打印技術PEP
深圳升華三維科技有限公司專注于金屬/陶瓷間接3D打印裝備及材料研發(fā)生產(chǎn),，提供從金屬/陶瓷3D打印機,、多材料打印，后處理設備到打印服務的高性能間接3D打印整體解決方案,。純銅打印正是升華三維的拿手好戲之一,。
間接金屬3D打印
2016年4月，升華三維首次推出了一種將“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬/陶瓷間接3D打印技術--粉末擠出打印技術(Powder Extrusion printing,，PEP),。區(qū)別于利用高強能量束燒結(jié)或熔化金屬等材料，同步獲得產(chǎn)品形狀和性能的直接3D打印技術,，粉末擠出打印技術(PEP)是分步獲得產(chǎn)品的形狀與性能,。
升華三維純銅3D打印案例
PEP技術創(chuàng)新性地通過3D打印實現(xiàn)對材料的控制和成形，滿足金屬/陶瓷零件的個性化定制,，同時也突破了傳統(tǒng)激光3D打印運營成本高,、點線成形算法復雜打印效率低和性能不穩(wěn)定的限制，成為金屬零件批量打印的重點技術,。其優(yōu)勢包括：
1,、適用性強——利用粉末注射成形技術在材料開發(fā)和脫脂燒結(jié)階段成熟穩(wěn)定的技術體系，使產(chǎn)品性能—致性好,。
2,、打印材料體系豐富——從不銹鋼、鎢合金,、高溫合金,、難熔金屬,、硬質(zhì)合金等金屬材料，到氧化鋯,、氧化鋁,、碳化硅、氮化硅,、羥基磷灰石生物陶瓷等陶瓷材料,，具有類同于PIM工藝所用的潛在材料清單為3D打印大規(guī)模進入應用市場創(chuàng)造有利的客觀條件；
3,、性價比高——與直接3D打印技術相比,，打印設備、打印材料及打印成本更低,，成形精度高,，有利于3D打印在工業(yè)制造應用的推廣和普及。
4,、綠色環(huán)保——打印材料可循環(huán)利用,，有效利用率高。
PEP 打印技術在成形復雜結(jié)構方面具有天然優(yōu)勢,，讓復雜結(jié)構的隨形冷卻流道變得可能,。升華三維通過提供完善的冷卻流道解決方案，將助力純銅零部件的性能提升到最優(yōu),。在此方案中,，純銅3D打印冷卻流道的優(yōu)勢在于可以為產(chǎn)品設計帶來更高的自由度，使設計師可以嘗試具有更高熱傳導能力的先進結(jié)構,，創(chuàng)建高度集成,、復雜、更貼合零部件表面的隨形冷卻通道,，打印出結(jié)構緊湊,、流體通道復雜、重量更輕,，尺寸更小,、效率更高的產(chǎn)品零部件，實現(xiàn)高性能純銅組件制造的新可能,，而這也正是航空航天和國防建設中所需要的,。
三、PEP技術核心基礎
很多事說起來容易,，做起來卻難,。PEP打印系統(tǒng)包括了打印設備、打印原材料,、軟件與控制系統(tǒng),、打印工藝,、前后處理、質(zhì)量檢測在內(nèi)全產(chǎn)業(yè)鏈的方方面面,，任何環(huán)節(jié)掉鏈子,，都會導致“木桶”效應，其中最重要的就是打印設備和材料,。
1,、3D打印設備
面對即將爆發(fā)的制造變革和3D打印市場，升華三維基于PEP技術,，已推出工業(yè)型獨立雙噴嘴3D打印機UPS-250及大尺寸獨立雙噴嘴3D打印機UPS-556兩款核心打印設備。均采用獨立雙噴嘴設計,，可以同時打印或者各自輪流打印金屬和陶瓷不同種類材料的復合產(chǎn)品開發(fā),，實現(xiàn)復雜結(jié)構和產(chǎn)品的成形，具有操作簡單,、工業(yè)型,、高精度、高質(zhì)量,、高性價比等優(yōu)點,，適用于科研教育、工業(yè)制造,、航天航空,、軍事國防、生物醫(yī)療,、汽車,、模具制造、新能源等領域的3D打印技術開發(fā),、材料開發(fā)和金屬/陶瓷產(chǎn)品快速開發(fā)制造,。
2、原料定制
打印原料的開發(fā)需要粘合劑與不同粉末完美結(jié)合,，以對應在注塑工藝,、生坯強度和粘合劑去除方面的不同需求，該材料體系總體要求達到低加工溫度,，較低粘度以及綠色脫脂等,。
回到文章開頭的純銅打印案例,，純銅顆粒料UPGM-CU是升華三維為了適配于純銅3D打印而開發(fā)出來的打印材料,，能滿足不同銅零件打印需求,。產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)如下所示：
1、生胚密度（g/cm3）：＞5.1
2,、打印溫度（℃）：160-200
3,、收縮系數(shù)：1.170-1.175
4、材料形狀：顆粒料
5,、燒結(jié)密度（g/cm3）：＞8.75
6,、相對密度（%）：＞97
隨著升華三維材料配方、設備性能,、打印及燒結(jié)工藝的進一步改善,，純銅顆粒料UPGM-CU的產(chǎn)品性能還有更進一步的提升空間。還開發(fā)出了適配于升華三維3D打印機的材料：不銹鋼,、鎢及鎢合金,、鈦及鈦合金、高溫合金,、硬質(zhì)合金難熔金屬等金屬材料,，及氧化鋯、氧化鋁,、氮化硅,、碳化硅等特種陶瓷材料，以滿足客戶的不同需求,。在不斷拓展打印材料種類,，優(yōu)化材料配方的同時，深挖具體應用場景,，為不同行業(yè)賦能,。
總結(jié)
PEP技術節(jié)省了模具開發(fā)的制造和時間成本；拓展了高難度,、高復雜性零件的加工能力,，例如實現(xiàn)純銅隨形冷卻流道的設計制造，復雜結(jié)構碳化硅陶瓷的大尺寸,、輕量化,、一體化制備等；下一步升華三維3D打印設備仍將繼續(xù)以用戶需求及行業(yè)應用為導向,，為“構建3D打印的智造世界”做出更多探索和實踐,。
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