最近，銅作為增材制造材料的前景逐漸被工程師們看好，這在很大程度上歸功于”狂野的西部太空牛仔”的探索。至于“牛仔”這個說法，這是佛羅里達州好萊塢Sintavia LLC公司的工程副總裁厄爾（Pavlo Earle）對推動商業航天業發展的先驅者的一種趣稱，他們公司主要為太空和國防系統設計和3D打印部件。

銅的熱性能使其對火箭推進系統的制造至關重要。厄爾指出：“銅的熱性能使其成為火箭推進系統的關鍵成分。銅提供了非常好的熱傳導，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GRCop-42開發了一項專有的3D打印技術，GRCop-42是美國宇航局和航天器部件商業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于GRCop-42的專有打印技術，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后加工步驟的需要，減少了生產時間、成本和復雜性。

△Sintavia在EOS GmbH M400-4打印機上開發了其專有的銅打印技術。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，主要包括為一些客戶生產的銅制火箭推力室組件。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。冷卻功能被集成到這些部件中，部分由于其幾何形狀的復雜性而難以制造。

△Sintavia公司的銅打印技術結合了專有參數設置和后處理熱處理。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："用傳統方法制造這些部件將非常困難，需要更多的時間和成本，"他補充說，"你不能只是用一塊材料加工出一個熱交換器。你必須加工所有的小部件并將它們連接在一起。"

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公司是加利福尼亞州紐瓦克的一家純銅部件增材制造商。

△這是一個具有0.5毫米壁的4毫米細胞的陀螺儀(Holo 3D打印的幾何體有一個角度的切割，以突出內部的拓撲結構）；陀螺儀和其他格子形式被用來制造高強度重量比的、用于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基礎，在粘合劑中打印銅，然后燒結以去除聚合物。Holo公司聯合創始人兼總裁Arian Aghababaie表示，該工藝可以生產出具有高導熱性和導電性以及精細特征的純銅部件。

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

Aghababaie說，PureForm生產精細特征的能力，加上增材制造的固有優勢，如最大限度地提高設計自由度，使該技術能夠打印出復雜的銅結構，其性能超過了用傳統制造工藝制造的銅零件。今天，這些部件被用于冷卻大功率半導體設備和各種行業使用的射頻系統。

△Holo公司在其PureForm平臺上批量制造了這24個微電感線圈，該平臺可以同時打印20個這樣的陣列，這些線圈股的直徑為400微米。圖片來源：Holo

據Zarem說，許多設備會包含大的銅板。在大多數情況下，不需要特殊的制造工藝，但確實包括適合3D打印的"復雜的部分"。他解釋說："客戶來找我們打印銅系統的較小部分，然后他們將3D打印的部分焊接、焊接或釬焊到一個較大的組件中。在其他情況下，如生產射頻微電感線圈，整個部件被打印出來。但這兩種情況都需要我們技術提供的精細功能和設計自由。“

Earle也曾表示：“無論使用什么技術來打印銅，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，銅會很快被氧化。為了防止氧化破壞銅粉，用戶必須在純凈的環境中操作他們的系統，并在儲存和運輸材料時小心謹慎。“

金屬銅3D打印材料競爭

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于最終應用。例如，Aghababaie認為熔融長絲制造（FFF）主要是一種原型技術，而不是一種生產工具。此外，他說，FFF部件可能會出現分層，對平面導電性產生不利影響。他說："已經有了用這些技術進行純銅打印的示范，但還沒有達到可以生產的程度。“

至于電子束熔化和定向能沉積（DED），Aghababaie將這些技術描述為 "通常是相當低分辨率的技術"，所生產的部件具有較高的表面粗糙度，可能會使它們在電氣應用中失去作用。這意味著用這些技術制造的銅部件將需要相當多的后處理，以轉化為功能性部件。

Earle指出，當涉及到生產精細的特征時，DED與粉末床熔融技術相比也有差距。然而，他補充說，DED可以生產更大的零件，而且生產零件所需的時間更短。

他還指出，銅的反射性使基于激光的打印工藝（如DMLS）變得復雜。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在銅方面的成功取決于處理反射率和材料所帶來的其他困難的特殊工藝。我們已經為我們的銅材料打印技術開發了專有參數，而且我們通過處理、打印和后處理步驟的獨特組合實現了非常好的機械性能。"