銅以其紅橙色的色澤而聞名，并因其卓越的物理性能而成為一種廣受歡迎的金屬。這些特性使其成為眾多行業(yè)的關鍵元素，從電子產品到成品組件的制造，無所不包。隨著3D打印技術的進步，銅的應用領域也日趨廣泛，使得以往難以實現(xiàn)的復雜定制設計成為可能。為了更好地了解銅的特性、它為3D打印部件帶來的優(yōu)勢以及市場上的領先制造商，請閱讀本指南。

材料特性

銅（Cu），原子序數(shù)為29，是一種化學元素。它是世界上第三大常用金屬，僅次于鐵和鋁，并且在增材制造領域也越來越受歡迎。銅的受歡迎程度源于其優(yōu)異的性能，尤其是導電性。由于其良好的導電性、延展性和可塑性，銅是制造電子元件最常用的金屬之一。在3D打印領域，我們發(fā)現(xiàn)了各種銅基合金，每種合金都略有不同。以下列出了一些最常見的合金及其具體特性：

Cu（純銅）：具有優(yōu)異的導電性和導熱性，用于電子元件；

CuCrZr（銅鉻鋯）：提高抗變形能力和硬度；

CuCP（磷銅）：耐腐蝕且具有良好的延展性；

鍍錫銅（ CuSn）：提高耐腐蝕性和硬度；

CuNi30（銅鎳合金 30）：具有耐腐蝕性和改進的機械性能。

銅粉。（圖片來源：Inoxia）

這種材料的提取始于礦山（露天或地下），在那里，銅礦石從地下被開采出來。開采出來的礦石經過破碎和研磨，變成更小的顆粒，這有助于將銅從其他礦物中釋放出來。隨后，一系列工藝，例如濃縮、冶煉或電化學精煉，將原礦轉化為不同純度的金屬及其合金。正是在這一轉化階段，決定了銅的形態(tài)（粉末或絲材），以便用于增材制造。

銅的3D打印

如前所述，銅具有良好的耐腐蝕性，能夠延長打印部件在惡劣環(huán)境下的使用壽命。此外，通過適當?shù)墓に噧?yōu)化，銅還能展現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能，包括硬度和耐磨性。然而，銅的3D打印也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，其相對較低的熔點會使材料熔合變得復雜，并影響層間結合的質量。此外，銅的高導熱性會導致冷卻過程中出現(xiàn)變形問題，從而影響部件的尺寸精度。盡管如此，當銅應用于增材制造時，它仍然能夠為要求最苛刻的行業(yè)制造出所需的部件。

如今，許多3D打印技術都兼容銅材，其中最常見的是基于粉末系統(tǒng)的技術。首先，金屬粉末床熔融（L-PBF、DMLS 或 SLM）是一種用于制造幾乎所有金屬合金（包括銅）的最終用途零件和原型的工藝。該技術的質量、強度和密度遠優(yōu)于傳統(tǒng)技術。電子束熔化（EBM）是另一種兼容銅合金的3D打印技術，非常適合高端原型制作和小批量生產。

3D打印銅部件（圖片來源：EOS）

得益于粘結劑噴射成型工藝，該工藝能夠加工粉末狀材料，因此也可以制造銅制零件。雖然使用這種方法難以高密度加工純銅，但一些公司已經開發(fā)出自己的解決方案來克服這一挑戰(zhàn)。這使得他們能夠利用增材制造的幾何自由度和低成本優(yōu)勢，同時制造出這種導電金屬零件。

另一種與銅兼容的增材制造技術是集中能量沉積（CED）。根據(jù)機器的不同，金屬可以以粉末或絲材的形式存在。與其他金屬技術不同，DED 3D打印依賴于通過實時熔化過程添加材料，這使得它在創(chuàng)建復雜幾何形狀方面具有更大的靈活性，并且能夠修復現(xiàn)有部件。

最后，有兩種通常用于塑料材料的技術，但在某些情況下也可以用于制造銅部件。這兩種技術分別是擠出式3D打?。‵FF/FDM）和光固化成型。對于前者，Markforged公司開發(fā)了能夠加工金屬絲的擠出解決方案。例如，Metal X就是一款FFF 3D打印機，它能夠處理封裝在塑料粘合劑中的金屬粉末，并逐層沉積。打印完成后，部件必須經過清洗，然后放入烘箱中加熱去除殘留的粘合劑，使其具備所需的性能。至于第二種技術，Holo、Admatec和Incus等公司已經開發(fā)了各自的金屬3D打印機，這些打印機兼容銅材，并基于液態(tài)光刻技術制造。

主要應用

鑒于銅的優(yōu)良特性，其應用范圍十分廣泛。無論采用何種增材制造技術，銅的高導熱性和導電性都使其脫穎而出。因此，許多公司使用這種材料來制造需要良好導電性的部件，例如感應線圈、電動汽車電機繞組、電磁線圈、波導和天線等等。

此外，它是一種非常有用的金屬，可用于制造散熱和熱交換部件，例如冷卻板、散熱器和熱管、熱交換器、冷卻裝置、成型冷卻模具鑲件等。最后，在航空航天工業(yè)中，這種金屬材料常用于推進系統(tǒng)和火箭發(fā)動機部件。

編譯整理：3dnatives