2021年2月27日,南極熊獲悉,工業(yè)3D打印機(jī)制造商Digital Metal宣布推出一種新的純銅粉末DM Cu,用于粘合劑噴射3D打印技術(shù)。

DM P2500 3D打印機(jī)的用戶現(xiàn)在可以在車間里3D打印99．9%的純銅組件。這種材料以優(yōu)異的導(dǎo)熱性而聞名,成為熱交換器、管道、發(fā)動(dòng)機(jī)和電子產(chǎn)品的散熱器等傳熱部件的選擇。

由于具有延展性和導(dǎo)電性,純銅還被廣泛用于生產(chǎn)電線等電氣連接件。此外,銅還具有抗菌特性,這為醫(yī)療設(shè)備的3D打印開辟了新的途徑,盡管這是個(gè)不太常見的應(yīng)用。

Digital Metal的首席執(zhí)行官Christian L?nne表示:"使用Digital Metal的粘合劑噴射技術(shù)用純銅打印是有史以來最令人期待的材料發(fā)布之一,而且在粘合劑噴射中是全新的。銅一直在我們客戶的愿望清單上占據(jù)著很高的位置,而隨著電子移動(dòng)性和導(dǎo)熱性等快速增長領(lǐng)域?qū)︺~的應(yīng)用需求的飆升,銅的應(yīng)用時(shí)機(jī)非常完美。"

△DM P2500 3D打印機(jī),圖片來自Digital Metal

喇叭天線和散熱器

Digital Metal已經(jīng)通過內(nèi)部的一些測試應(yīng)用對新型DM Cu粉末進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。首先,公司3D打印了一個(gè)喇叭波導(dǎo)天線,用于引導(dǎo)無線電波的波束。

像喇叭天線這樣的部件,如果使用傳統(tǒng)技術(shù)制造,通常成本相當(dāng)高,而且可能只在專門的研究或航空航天項(xiàng)目中需要小批量制造。因此,每個(gè)零件的成本可能會(huì)急劇上升--Digital Metal可以通過3D打印技術(shù)解決這個(gè)問題。在這里使用粘結(jié)劑噴射也有利于減輕重量,因?yàn)楣�司的工程師能夠選擇輕質(zhì)薄壁結(jié)構(gòu),并采用肋骨來增加必要的剛度。

△Digital Metal公司3D打印的純銅喇叭天線,圖片來自Digital Metal

公司還3D打印了一個(gè)具有陀螺幾何形狀的Triply Periodic Minimal Surface (TPMS)散熱器(一個(gè)類似nTopology的散熱器)。與板式和針式散熱片設(shè)計(jì)相比,陀螺形散熱片在傳熱率和剛性方面都有提高,而且只能通過3D打印制造。在Digital Metal的散熱器中,對TPMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改,底部為厚壁,頂部為薄壁,鼓勵(lì)更強(qiáng)的對流。

L?nne補(bǔ)充說:"我們在內(nèi)部開發(fā)該工藝已經(jīng)有一段時(shí)間了,我們現(xiàn)在非常高興能夠?yàn)镈igital Metal粘合劑噴射提供高質(zhì)量的銅工藝。"

△Digital Metal使用純銅粉3D打印的優(yōu)化散熱片,圖片來自Digital Metal

Digital Metal的材料組合

DM Cu的加入進(jìn)一步加強(qiáng)了Digital Metal廣泛的粉末產(chǎn)品組合,這可歸功于母公司H?gan?s AB,它是金屬粉末的領(lǐng)先制造商。
最近,該公司推出了其專有的DM D2工具鋼合金,這是一種高碳、高鉻鋼,可進(jìn)行完全熱處理,具有優(yōu)異的硬度和抗壓強(qiáng)度。材料同時(shí)具有耐磨性和韌性,是制造工具應(yīng)用的最佳選擇。

通快綠光SLM 技術(shù)3D打印銅

之前,南極熊報(bào)道過通快使用綠光版的SLM金屬3D打印機(jī)成功打印出銅的部件。

由于銅的導(dǎo)熱性和反射率非常高,這使得銅金屬特備是純銅難以通過常規(guī)3D打印有效成型,銅在室溫下對近紅外光的吸收率僅為5%,這意味著加工窗口十分的窄,很難找到完美的參數(shù),加工效率也非常慢,制件無論是力學(xué)性能還是導(dǎo)電率都受到很大的限制。另外,95%的能量反射對于設(shè)備本身的傷害也是巨大的,銅對綠色激光的吸收率很高,接近40%,足足是近紅外激光的8倍,好的吸收率意味著比較寬的加工窗口,制件力學(xué)性能和電導(dǎo)率都大大提升,反射率的減少可以使得加工過程更加穩(wěn)定而且高效。

△通快李忠輪經(jīng)理

其實(shí),對于銅3D打印來說,還有很多民用行業(yè)的應(yīng)用,剛好可以發(fā)揮銅的特性和3D打印的靈活性 。

熱交換器

一體式3D打印熱交換器通過優(yōu)化設(shè)計(jì),不再需要裝配和焊接,而是一體化加工。3D打印的熱交換器比其他方式制造的熱交換器更輕更高效。

電感應(yīng)器

一般來說,電感應(yīng)器中的電感線圈,需要經(jīng)過若干機(jī)械制造工序,線圈通過手動(dòng)彎曲和焊接達(dá)到想要的形狀,這非�？简�(yàn)工人的手工和經(jīng)驗(yàn),每個(gè)焊點(diǎn)都會(huì)改變電流,并導(dǎo)致性能顯著下降。此外,電感線圈的性能還受幾何形狀的限制,傳統(tǒng)制造工藝通常只能實(shí)現(xiàn)相對簡單的形狀,而3D打印可以讓電感線圈更緊湊、更復(fù)雜,從而實(shí)現(xiàn)更高的效率。3D打印電感應(yīng)器的使用壽命,與傳統(tǒng)制造相比得到了顯著提升,能夠減少電感應(yīng)器的更換頻率,節(jié)省成本。

以賀利氏公司生產(chǎn)的鉻鎬銅粉末為例,使用通快TruPrint 1000綠光版加工之后的幾個(gè)關(guān)鍵力學(xué)性能。其中,相對致密度可以達(dá)到99．5%以上,樣件經(jīng)過熱處理后,90度方向的拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到470兆帕,延展率達(dá)到26%,室溫環(huán)境下電導(dǎo)率為81%。

然而,通過常規(guī)紅外激光所加工出來的鉻鎬銅工件,拉伸強(qiáng)度為380兆帕,延展率為15%,導(dǎo)電率為75%。

這是奧地利m4p公司生產(chǎn)的T1級(jí)純銅,使用TruPrint 1000綠光版打印完以后的幾個(gè)性能指標(biāo),其中電導(dǎo)率可以達(dá)到100%的國際退火銅標(biāo)準(zhǔn),致密度達(dá)到99．5%以上,從打印參數(shù)可以看出,485瓦的激光功率,可以對應(yīng)到600mm/s的振鏡掃描速度,體現(xiàn)出非常高的加工效率。