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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。可大多數人不知道的是，直到2018年之前，銅都是令3D打印行業最頭痛的難題之一！

一、純銅打印發展

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工業集團展臺上的3D打印的純銅組件引起圍觀和轟動，這是業內首次正式場合公開實現純銅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生偏轉，所以能量幾乎無法進入材料內部使之受熱熔化，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，開發出了一種新的綠色激光選區激光熔化系統（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）在內的眾多領先企業和研究機構通過調整打印系統硬件、銅材特性以及開發替代SLM技術等方式，繼續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生產，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)。區別于利用高強能量束燒結或熔化金屬等材料，同步獲得產品形狀和性能的直接3D打印技術，粉末擠出打印技術(PEP)是分步獲得產品的形狀與性能。

升華三維純銅3D打印案例

PEP技術創新性地通過3D打印實現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定的限制，成為金屬零件批量打印的重點技術。其優勢包括：

1、適用性強——利用粉末注射成形技術在材料開發和脫脂燒結階段成熟穩定的技術體系，使產品性能—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打印大規模進入應用市場創造有利的客觀條件；

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打印在工業制造應用的推廣和普及。

4、綠色環保——打印材料可循環利用，有效利用率高。

PEP 打印技術在成形復雜結構方面具有天然優勢，讓復雜結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。在此方案中，純銅3D打印冷卻流道的優勢在于可以為產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構，創建高度集成、復雜、更貼合零部件表面的隨形冷卻通道，打印出結構緊湊、流體通道復雜、重量更輕，尺寸更小、效率更高的產品零部件，實現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打印系統包括了打印設備、打印原材料、軟件與控制系統、打印工藝、前后處理、質量檢測在內全產業鏈的方方面面，任何環節掉鏈子，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品開發，實現復雜結構和產品的成形，具有操作簡單、工業型、高精度、高質量、高性價比等優點，適用于科研教育、工業制造、航天航空、軍事國防、生物醫療、汽車、模具制造、新能源等領域的3D打印技術開發、材料開發和金屬/陶瓷產品快速開發制造。

2、原料定制

打印原料的開發需要粘合劑與不同粉末完美結合，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打印而開發出來的打印材料，能滿足不同銅零件打印需求。產品性能數據如下所示：

1、生胚密度（g/cm3）：＞5.1

2、打印溫度（℃）：160-200

3、收縮系數：1.170-1.175

4、材料形狀：顆粒料

5、燒結密度（g/cm3）：＞8.75

6、相對密度（%）：＞97

隨著升華三維材料配方、設備性能、打印及燒結工藝的進一步改善，純銅顆粒料UPGM-CU的產品性能還有更進一步的提升空間。還開發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，優化材料配方的同時，深挖具體應用場景，為不同行業賦能。

總結

PEP技術節省了模具開發的制造和時間成本；拓展了高難度、高復雜性零件的加工能力，例如實現純銅隨形冷卻流道的設計制造，復雜結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打印設備仍將繼續以用戶需求及行業應用為導向，為“構建3D打印的智造世界”做出更多探索和實踐。