銅及銅合金材料是一種重要的工業材料，具有優良的導電、導熱和耐腐蝕性能，且具有良好的力學性能和加工成形性，是人類最早使用的金屬材料之一，曾創造了青銅器時代的輝煌。隨著高新技術產業的飛速進步，新材料朝著超高性能、高純度、高迭代的方向發展。純銅因其優良的導電性和導熱性而聞名，是電路布線、熱交換器、管道和散熱器等傳熱部件材料的理想之選。
△由UPS-250打印加工完成的純銅樣品
突破傳統
3D打印可快速成形
純銅具有較大的發展潛力和應用前景，但是隨著應用端對復雜結構零部件的需求增多，傳統制備純銅部件的工藝已無法滿足全部需求。相較于金屬粉末注射成形技術（MIM），3D打印散熱器或熱交換器組件不僅可以更大程度地滿足大尺寸的產品成型，而且還滿足了產品趨向緊湊型、高效性、模塊化、多材料的發展趨勢，特別適用于異形、結構一體化、薄壁、薄型翅片、微通道、復雜形狀、點陣結構等加工，可見，3D打印具有傳統制造技術所不具備的優勢。
△升華三維間接3D打印流程
SLM、EBM遇難題
純銅3D打印挑戰重重
同時，也由于銅的導熱性和反射性高，使選區激光熔化技術（SLM）在進行銅合金零件3D打印時充滿挑戰。銅在激光熔化的過程吸收率低（銅對1050nm波長的高功率激光吸收率只有2~3%），激光難以持續熔化銅金屬粉末，從而導致成形效率低，冶金質量難以控制。此外，銅的高延展性給去除多余粉末這樣的后處理工作增加了難度。因此純銅也極難使用基于激光的3D打印系統來加工。目前的解決方法一是利用短波長激光，如采用綠/藍激光來完成該材料制作，另一個是提高功率，常規激光器功率為200W，針對銅的SLM打印，激光功率則需要1000W，然而這對設備本身要求很高，激光器也因為反射率高容易損壞。
針對銅零部件的3D打印，其實電子束熔化技術（EBM）也算稍具優勢，由于其使用的是電子束為熱源，不會受到SLM激光高反射因素的影響。但因銅具有高導電率，EBM打印過程會很短；又因銅的高導熱率，會導致打印的模型尺寸精度和力學性能各方面的可控性較差，打印的銅零件表面質量不佳，這又將為銅感應線圈等應用的后處理帶來不便。
別有天地
PEP技術+純銅=無限可能
顯然，純銅3D打印技術的研究與開發面臨重重困難。國內金屬·陶瓷間接3D打印引領者深圳升華三維科技有限公司的研究人員，通過自有專利，用獨有方式正在通過粉末擠出打印技術（Powder Extrusion printing，PEP），克服純銅材料3D打印制造領域的挑戰。在純銅3D打印上，升華三維一舉填補國內空白，首創的PEP技術以間接3D打印的方式完美駕馭純銅材料，自由打印出純銅部件。
△由UPS-250打印加工完成的RF器模型
基于PEP技術，升華三維純銅3D打印不需要高能激光束，巧妙地避開了純銅打印過程中的高導熱率、高反射率的問題，通過先打印生坯，然后再經過脫脂、燒結，得到純銅零件。在打印過程中，想要獲得高致密度或高導電導熱純銅制件，其純銅打印材料配方和脫脂燒結的工藝要求也非常高，升華三維純銅顆粒料UPGM-CU則十分適配于純銅3D打印，其保持原料高純凈度的同時還具有更易實現致密化的特性，能滿足不同銅零件的打印需求。
△由UPS-250打印加工完成的換熱器模型
升華三維自主研發的3D打印設備，可以加工純銅及其合金材料以制造致密的部件，目前已經廣泛應用于熱交換器、散熱器和電感應器的產品開發中。例如，PEP這一技術在冷卻流道制造中的應用，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。
