如今，3D打印技術不僅可以制作形狀復雜的塑料藝術品，還被廣泛應用于各行各業。但純銅和塑料卻不同，現在還不能使用紅外激光對純銅實現完全熔化，以構建復雜的工件。對此，位于德國亞琛的弗勞恩霍夫材料與束技術研究所（FraunhoferIWS），采用了一種新型的增材制造系統，其裝載的短波綠色激光束能輕松熔化銅。
新的增材制造系統完全融化了純銅粉
通過使用該技術，使以前無法構建的銅制工件成為可能。至此，未來由純銅、銅合金材質構成的復雜部件，也將被應用于航空航天、自動化等工業領域，為提高電動機和熱交換器效率提供了保障。
如今，弗勞恩霍夫材料與束技術研究所通過全新的增材制造系統，設計制造兼具導熱性和導電性的純銅制件。在電子電力行業，這些純銅組件能提供更高效的電動機和散熱器。并且，純銅組件在線圈和傳感器上的應用也變得有可能。通過增材制造生產的銅組件，特別適合安裝在緊湊型設備里，同時保證高效率和高性能。例如未來電子電力設備中的高效散熱器，以及衛星電力驅動使用的特制線圈，太空推進系統的冷卻系統等。
配備同等設備的研究機構屈指可數
在薩克森，這種全新的激光束熔化系統還是獨一無二的，甚至在德國其他地方也不多見。替代1064nm紅外波長，該系統采用的是515nm高能量密度的盤狀綠色激光束?！耙酝膶嶒灡砻?，即使紅外激光功率達到500W，還是不能有效熔化純銅制件，”該項目負責人SamiraGruber表示。
德累斯頓增材制造中心的“TruPrint1000”設備
實際上，采用紅外激光對銅件進行作業時，只有30%的激光能量進入工件內部，其余大部分能量被銅反射掉。但用500W綠光激光加工時，卻得到了不一樣的結果。這次銅件吸收了70%的激光能量，從而實現了理想的熔化效果，這也將大大提升增材制造領域中銅件的參與率。
純銅是導電和導熱的絕佳材料
因為銅具有優異的導電性和導熱性，所以如果在增材制造領域能廣泛應用，銅件也將發揮其最大優勢。“當前在航空航天、電子、汽車行業，銅件或是銅合金制件扮演著十分重要的角色，”研究所增材制造設備帶頭人ElenaLopez對此強調。
Elena Lopez進一步談到：“相比傳統鋁制工藝方法，通過增材制造生產的銅件在特定體積的電導性上表現得更為出色，這也是生產高性能小型設備廠商非常感興趣的地方。目前，銅件在機械加工、鑄件領域中應用廣泛，然而增材制造技術將重新詮釋加工工藝，為制造復雜幾何形狀的工件提供解決方案?！?/p>
緊湊高效的設計帶來更高的性能
“現在，由增材制造帶來的幾何外形靈活性的增加，為進一步延長銅質組件的冷卻能力提供了機會，從而延長了銅質組件整體的使用壽命，”SamiraGruber解釋道。據悉，研究人員采用的方法是，重新設計激光器的冷卻通道，從而讓作業中的液體和氣體壓力損失降至最低，讓更多的激光能量被工件表面吸收。
增材制造：薩克森研究人員參與其中
研究所的這項新設備是通過“智能制造與材料”工藝中心發布的。該中心是由開姆尼茨工業大學（TechnischeUniversit?tChemnitz）、德累斯頓工業大學（TechnischeUniversit?tDresden）和弗勞恩霍夫材料與束技術研究所（FraunhoferInstitutesIWS）聯合發起的，其中心成員還有像ENAS、IWU、IKTS，該中心旨在推動創新工業制造和工業4.0。
復雜的銅零件是逐層制造的，例如散熱器
目前這臺“TruPrint1000”機器裝備在德累斯頓增材制造中心（AdditiveManufacturingCenterDresden）。未來，研究人員將與德累斯頓的科學家們一起，在增材制造工藝研發上繼續投入。
延伸閱讀
純銅及銅合金由于極好的導電、導熱、耐腐蝕性及韌性等特點，被廣泛應用于電力、散熱、管道、裝飾等領域，有的銅合金材料因具有良好的導電、導熱性和較高強度，被廣泛應用于電子制造、航空、航天發動機燃燒室部件。
早在2015年，NASA就取得了銅合金部件3D打印方面的進展，制造技術是選區激光熔化3D打印，打印材料為GRCo-84銅合金。NASA用這項技術制造的3D打印零件為火箭燃燒室襯里，該部件總共分為8255層，逐層打印，打印總耗時10天零18個小時。
這個銅合金燃燒室零部件內外壁之間具有200多個復雜的通道，制造這些微小的、具有復雜幾何形狀的內部通道，即使對增材制造技術來說也是一大挑戰。部件打印完成后，NASA的研究人員使用電子束自由制造設備為其涂覆一層含鎳的超合金。NASA的最終目標是要使火箭發動機零部件的制造速度大幅提升，同時至少降低50%的制造成本。
銅感應器線圈
一般來說，電感應器中的電感線圈需要經歷若干機械制造工序。線圈通過手動彎曲和焊接達到想要的形狀，其中小塊銅（管）被放在一起并焊接，焊接是一個耗時的過程并且導致大量的生產成本產生。
幾何形狀越復雜的電感線圈，需要焊接的單個元件越多。當為了獲得所需的幾何形狀而需要彼此相鄰的多個焊點時，必須使用幾種具有不同熔點的焊接劑，以便在施加第二焊料時第一焊料不會松動。
手工制造的電感器的工作時間和質量不能滿足行業不斷增長的需求。而通過金屬增材制造，可以實現優質的零件，這些零件具有高度復雜的幾何形狀，從而滿足規模生產的需求。沒有焊接接頭的3D打印電感器需要更少的能量，具有更高的效率并且可以實現均勻的硬化結果。
銅熱交換器
粉末床熔化增材制造技術為制造使得緊湊、高效的新一代熱交換器成為可能，如果將金屬3D打印技術與具有出色導熱性能的銅相結合，為電動汽車熱交換器技術的提升帶來巨大的想象空間。隨著銅合金、純銅的增材制造變得更為成熟，也為制造高性能銅金屬熱交換器做了鋪墊。結合面向增材制造的設計，將加速新能源汽車等領域換熱器產品的創新。（延伸閱讀部分來源“3D科學谷”）
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