TIWARI Scientific Instruments（TSI）是一家以設備為(wei) 導向的德國初創企業(ye) ，專(zhuan) 注於(yu) 材料熱測量和測試係統以及金屬和陶瓷增材製造技術，並為(wei) 歐洲航天局（ESA）提供服務。其開發的熔絲(si) FFF 3D打印工藝，可以在絲(si) 材中加入金屬或陶瓷顆粒，並最終得到金屬或陶瓷部件，從(cong) 而為(wei) 空間應用提供製造能力。

使用該工藝製造的不鏽鋼、鈦、氧化鋁以及碳化矽零件已經在ESA材料和電氣元件實驗室進行了全麵的無損和破壞性測試，以評估其附加值和空間使用性。出人意料的是，這些3D打印的零件與(yu) 傳(chuan) 統製造的同類產(chan) 品相比，具有更高的機械性能，其中不鏽鋼可以在不斷裂的情況下延長到以前無法實現的100%。

3D 打印的碳化矽過濾器

作為(wei) 歐空局的孵化企業(ye) ，TSI注重材料的熱和機械性能。基於(yu) 高的導熱性，純銅的3D打印一直備受關(guan) 注，TSI希望能夠推出低成本的3D打印解決(jue) 方案。近日，該公司成功采用FFF技術實現了高密度、結構複雜、無氧純銅散熱器打印。

將純銅加工成粉末或細絲(si) 均極具挑戰。純銅的3D打印工藝目前雖有很多，但多為(wei) 孤例，每一種工藝從(cong) 事的企業(ye) 都極少。采用綠激光打印是當前粉末床技術的重要發展，而適用於(yu) 3D打印的綠光激光器卻極少，通快推出的產(chan) 品目前也不單獨出售。對於(yu) 要求苛刻的應用，采用SLM打印的零件可能仍需要額外的機加工和後處理，這個(ge) 過程可能會(hui) 影響到零件的成分和性能。

使用 nTopology 設計、TSI熔絲(si) 3D打印的純銅熱交換器

TCT展會(hui) 上通快的純銅質量評估樣件

使用FFF技術，部件打印的層厚設置為(wei) 50μm，由於(yu) 層厚導致的粗糙度會(hui) 在燒結過程中因為(wei) 收縮而降低。零件在生坯條件下可以手動拋光或機械加工，從(cong) 而降低了進一步後處理的成本，然後再進行脫脂和燒結。采用TSI的技術，金屬和陶瓷部件的致密度可超過 99%。

采用擠出技術3D打印金屬部件，目前比較知名的國外企業(ye) 有Desktop metal和Markforged，國內(nei) 有升華三維、上海複誌以及縱維立方。DM的設備推出多年，但似乎在升級和應用方麵並沒有太多新聞，國內(nei) 廠家的技術多比較類似。在材料方麵，國外企業(ye) 多可自主生產(chan) 材料，國內(nei) 則多采用第三方材料。

使用 nTopology 設計、TSI熔絲(si) 3D打印的純銅熱交換器

熱交換器散熱效果模擬

通常，金屬絲(si) 材的粘結劑含量較高，體(ti) 積比占40%左右。在TCT 3D打印展會(hui) 期間，上海複誌展示了其公司基於(yu) 擠出的金屬3D打印機，在打印機旁放置的脫脂爐非常顯眼；升華三維也在其官網展示了其脫脂爐；而Exone等公司的粘結劑噴射技術，則是將脫脂和燒結一步完成，沒有單獨的脫脂環節。

升華三維的脫脂爐

Markforged金屬3D打印零件

國外研究人員使用Exone的設備已經進行過純銅材料的研究，但所製備的材料致密度和其他性能都不高，且需要經過熱等靜壓處理才能實現致密化（且隻有燒結密度超過90%才有必要）；同時也發現，粉末的粒度分布、墨水成分等都是影響製件性能的關(guan) 鍵因素。今年2月，Digital metal宣布推出純銅3D打印材料，成為(wei) 第一個(ge) 為(wei) 粘結劑噴射3D打印係統提供官方認證的純銅材料和工藝的設備商。根據該公司公布的數據，通過粘結劑噴射技術成型的純銅致密度為(wei) 96.6%，銅純度為(wei) 99.9%，然而並不知曉該公司的後處理工藝是否也包含了熱等靜壓。

在DLP純銅3D打印工藝方麵，國外Holo公司利用高分辨率光學成像儀(yi) 對純銅粉和光敏樹脂混合而成的漿料進行3D打印，同樣是結合已經非常成熟的金屬注射成型（MIM）後端工藝，對打印後的生坯進行脫脂和燒結，最終生產(chan) 出高性能零件。Holo還對樹脂基體(ti) 的成分進行了優(you) 化，它不同於(yu) 金屬注射成型中使用的蠟基材料，後者中的某些化學物質會(hui) 影響燒結零件的機械或化學性質。Holo公司稱其漿料具有極佳的分散性，在打印過程中可形成均勻的層厚，打印機可在不到10s的時間內(nei) 固化新層。目前，Holo通過DLP+脫脂燒結工藝成型的純銅的致密度平均為(wei) 96-98%，足以達到大塊銅95%的導熱率和導電率。此外，該工藝還可能會(hui) 減少激光打印產(chan) 生的裂紋問題。

對於(yu) 純銅3D打印工藝的開發，主要圍繞導熱性和導電性展開。銅的導電性與(yu) 其純度直接相關(guan) ，任何汙染物，特別是鐵，都會(hui) 影響最終性能。實際上除了激光和電子束能夠直接熔化成型純銅，DLP、FFF、3DP等工藝都無法擺脫脫脂燒結工藝。作為(wei) 近些年流行起來的新金屬3D打印類型，人們(men) 更應該關(guan) 注3D打印之後的環節。