最近，銅作為(wei) 增材製造材料的前景逐漸被工程師們(men) 看好，這在很大程度上歸功於(yu) ”狂野的西部太空牛仔”的探索。至於(yu) “牛仔”這個(ge) 說法，這是佛羅裏達州好萊塢Sintavia LLC公司的工程副總裁厄爾（Pavlo Earle）對推動商業(ye) 航天業(ye) 發展的先驅者的一種趣稱，他們(men) 公司主要為(wei) 太空和國防係統設計和3D打印部件。

銅的熱性能使其對火箭推進係統的製造至關(guan) 重要。厄爾指出：“銅的熱性能使其成為(wei) 火箭推進係統的關(guan) 鍵成分。銅提供了非常好的熱傳(chuan) 導，所以它很適合冷卻，而火箭部件正是需要大量冷卻的裝置。"

△Sintavia公司為(wei) GRCop-42開發了一項專(zhuan) 有的3D打印技術，GRCop-42是美國宇航局和航天器部件商業(ye) 供應商使用的一種銅合金。圖片來源：Sintavia公司

2021年9月22日，南極熊獲悉，Sintavia公司最近宣布開發了一種用於(yu) GRCop-42的專(zhuan) 有打印技術，GRCop-42是美國宇航局和私人航天公司使用的一種銅合金。據該公司稱，這項技術消除了熱等靜壓作為(wei) 後加工步驟的需要，減少了生產(chan) 時間、成本和複雜性。

△Sintavia在EOS GmbH M400-4打印機上開發了其專(zhuan) 有的銅打印技術。圖片來源：Sintavia公司

Sintavia公司主要使用直接金屬激光燒結（DMLS），一種粉末床融合技術，來打印銅零件，主要包括為(wei) 一些客戶生產(chan) 的銅製火箭推力室組件。大多數零件是安裝在推進器組件中的大型部件，可能需要幾天，甚至幾周的時間來生產(chan) 。冷卻功能被集成到這些部件中，部分由於(yu) 其幾何形狀的複雜性而難以製造。

△Sintavia公司的銅打印技術結合了專(zhuan) 有參數設置和後處理熱處理。圖中是該公司的真空爐，可容納六塊構建板。圖片來源：Sintavia公司

厄爾說："用傳(chuan) 統方法製造這些部件將非常困難，需要更多的時間和成本，"他補充說，"你不能隻是用一塊材料加工出一個(ge) 熱交換器。你必須加工所有的小部件並將它們(men) 連接在一起。"

除了熱性能外，銅還具有良好的導電性。Holo Inc.的首席執行官Hal Zarem說："如果你不使用貴金屬材料的話，銅恐怕是具有最高導熱性和導電性的金屬，畢竟貴金屬對大多數應用來說太昂貴了。因此，幾乎所有銅的應用都是熱或電。“Holo Inc公司是加利福尼亞(ya) 州紐瓦克的一家純銅部件增材製造商。

△這是一個(ge) 具有0.5毫米壁的4毫米細胞的陀螺儀(yi) (Holo 3D打印的幾何體(ti) 有一個(ge) 角度的切割，以突出內(nei) 部的拓撲結構）；陀螺儀(yi) 和其他格子形式被用來製造高強度重量比的、用於(yu) 熱交換器和其他熱設備的承重部件。圖片來源：Holo

純銅打印

Holo公司的PureForm打印工藝以數字光處理技術為(wei) 基礎，在粘合劑中打印銅，然後燒結以去除聚合物。Holo公司聯合創始人兼總裁Arian Aghababaie表示，該工藝可以生產(chan) 出具有高導熱性和導電性以及精細特征的純銅部件。

△用於(yu) 冷卻高性能CPU和圖形處理單元的純銅液體(ti) 冷板特寫(xie) 。這個(ge) 冷板包含了150微米的鰭片和正交排列的湍流特征。圖片來源：Holo

Aghababaie說，PureForm生產(chan) 精細特征的能力，加上增材製造的固有優(you) 勢，如最大限度地提高設計自由度，使該技術能夠打印出複雜的銅結構，其性能超過了用傳(chuan) 統製造工藝製造的銅零件。今天，這些部件被用於(yu) 冷卻大功率半導體(ti) 設備和各種行業(ye) 使用的射頻係統。

△Holo公司在其PureForm平台上批量製造了這24個(ge) 微電感線圈，該平台可以同時打印20個(ge) 這樣的陣列，這些線圈股的直徑為(wei) 400微米。圖片來源：Holo

據Zarem說，許多設備會(hui) 包含大的銅板。在大多數情況下，不需要特殊的製造工藝，但確實包括適合3D打印的"複雜的部分"。他解釋說："客戶來找我們(men) 打印銅係統的較小部分，然後他們(men) 將3D打印的部分焊接、焊接或釺焊到一個(ge) 較大的組件中。在其他情況下，如生產(chan) 射頻微電感線圈，整個(ge) 部件被打印出來。但這兩(liang) 種情況都需要我們(men) 技術提供的精細功能和設計自由。“

Earle也曾表示：“無論使用什麽(me) 技術來打印銅，承擔這項任務的人需要記住，如果暴露在氧氣或環境中的其他元素中，銅會(hui) 很快被氧化。為(wei) 了防止氧化破壞銅粉，用戶必須在純淨的環境中操作他們(men) 的係統，並在儲(chu) 存和運輸材料時小心謹慎。“

金屬銅3D打印材料競爭(zheng)

雖然可以用一些增材技術來打印銅件，但正確的選擇還要取決(jue) 於(yu) 最終應用。例如，Aghababaie認為(wei) 熔融長絲(si) 製造（FFF）主要是一種原型技術，而不是一種生產(chan) 工具。此外，他說，FFF部件可能會(hui) 出現分層，對平麵導電性產(chan) 生不利影響。他說："已經有了用這些技術進行純銅打印的示範，但還沒有達到可以生產(chan) 的程度。“

至於(yu) 電子束熔化和定向能沉積（DED），Aghababaie將這些技術描述為(wei) "通常是相當低分辨率的技術"，所生產(chan) 的部件具有較高的表麵粗糙度，可能會(hui) 使它們(men) 在電氣應用中失去作用。這意味著用這些技術製造的銅部件將需要相當多的後處理，以轉化為(wei) 功能性部件。

Earle指出，當涉及到生產(chan) 精細的特征時，DED與(yu) 粉末床熔融技術相比也有差距。然而，他補充說，DED可以生產(chan) 更大的零件，而且生產(chan) 零件所需的時間更短。

他還指出，銅的反射性使基於(yu) 激光的打印工藝（如DMLS）變得複雜。如果你試圖用激光熔化銅，而它反射了，材料不吸收這種能量，那打印就很有挑戰性了。

Earle總結道：“DMLS在銅方麵的成功取決(jue) 於(yu) 處理反射率和材料所帶來的其他困難的特殊工藝。我們(men) 已經為(wei) 我們(men) 的銅材料打印技術開發了專(zhuan) 有參數，而且我們(men) 通過處理、打印和後處理步驟的獨特組合實現了非常好的機械性能。"