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专家断言“铜永远无法3D打印”,这家初创公司用美国军方验证的技术打脸,推出可直接上桌的纯铜线材Cu29

伊恩·拉姆斯德尔(Ian Ramsdell)刚开始向电子专家打听3D打印纯铜这事时,得到的几乎是清一色的质疑。
有位专家甚至放话,这不可能实现,而且永远不会实现,铜无法3D打印,永远都不可能。

那位专家不知道的是,拉姆斯德尔已经在跟进一项经过验证的实验室实验,这是美国军方多年前做过并验证过的技术。


「不可能」和「已在实验室证明」之间的距离,正是Kupros和旗舰产品Cu29的创始故事。
Cu29是一种全金属导电线材,专为标准熔融沉积成型(FDM)设备打印而设计,这些桌面级硬件已经存在于大多数工作间里。


它的目标远不止印刷电路。由于导体和结构塑料能在同一个构建过程中同步挤出,Cu29瞄准的是集成传感器、嵌入式信号布线、共形天线,以及随零件几何形状走向、而不是平铺在平面电路板上的导电路径。


在航空航天和国防领域,这是Kupros看到的最强劲早期需求。
价值主张很具体,减少线束、连接器和互连器件,把结构健康传感嵌进承力部件,让电气和机械设计协同演进时迭代更快。
拉姆斯德尔说,仅仅因为有人告诉你某件事不可能,并不代表它真的做不到。


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市场在材料还没完成之前就已经下单了。


2022年,在佛罗里达州坦帕市举办的DMC国防制造大会上,拉姆斯德尔作为美国陆军xTech创新大赛的决赛入围者,离开时带着NASA、美国军工巨头诺斯罗普·格鲁曼和波音的预付订单。
后来,KBR(美国工程公司)、美国陆军DEVCOM(陆军发展司令部)和多所大学也下了预售订单。


材料科学还在开发阶段时,买家就已经付了定金。拉姆斯德尔说,他们愿意预付费用,就为了材料一投产就能第一时间拿到。
对于一家还没有产生收入的材料初创公司来说,这种信任程度很不寻常。


底层技术来自美国海军实验室。
拉姆斯德尔把功劳归于科学家卡森·霍姆斯(Carson Holmes),他当时是一名技术员,研究Optomec、Nano Dimension和nScript这些增材电子系统。


这类设备价格在七位数,依赖银喷墨化学材料,但局限很明显。拉姆斯德尔解释说,由于导线的孔隙率,银喷墨方案有时只能用在低电压和低电流场景。


霍姆斯提出的方案更优,被评选为2017年海军研究办公室设计创新奖的年度最佳论文。
但之后一直没人用,直到2021年,拉姆斯德尔通过美国国防部的一家创业工作室拿到了许可。


正是这条路让他去追别人看不上的材料。他不押注未经证实的科学,而是采用国家实验室已经完成风险消减的技术。
他攻克的难题长期存在,而且并不小众。一家非常大的电子制造商告诉他们,从1990年代起就一直在尝试做类似材料,但一直没成功。


难度来自金属本身。


的反射性很高,热传导效率极高,对温度变化又极其敏感,稍有波动就会氧化。
拉姆斯德尔说,这个组合几十年来一直困扰着各种工艺家族的铜打印。


他认为,解决这个问题打开了一扇远超导电路径的大门。
团队现在可以对材料进行掺杂,获得辐射屏蔽和防篡改结构等性能。这样的话,别人就没法通过X射线检测部件来做逆向工程。


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商业逻辑建立在可及性上。增材电子这个领域,历来要上六到七位数价格的设备。
Cu29的设计目标是直接适配工作台上已有的设备。拉姆斯德尔已经在不到300美元的桌面打印机上,以及在带自动材料系统的拓竹Bambu Lab A1 Mini上跑过这种材料,还在把捷克Prusa公司的大尺寸机型Prusa XL认证为推荐平台。


除了换成钢制热端,打印机不需要任何改装。
Kupros声称,打印出的导体从打印平台上取下来就能直接用,不用烧结、电镀、固化或化学清洗。这和银喷墨方案的维护负担形成鲜明对比。


Cu29不是用来像PLA打印塑料件那样构建大体积金属零件的。
拉姆斯德尔说,团队只在Z轴方向打印了五到六层高度,主要用于测试自粘附性能,目前不打算在第三维度上构建。


重点在嵌入式电子。


这种线材作为导体嵌进聚合物结构的内部或表面,所以工作流程是多材料的。
结构塑料和Cu29同时打印,通常用双挤出机或IDEX这种独立双挤出机设备,电路路径在零件构建过程中就被嵌进去了。
与其把传统元件放在PCB(印刷电路板)上,不如直接把元件放在真正需要的位置。


性能数据是最大的亮点,但拉姆斯德尔谨慎地标成初步数据。
早期高压测试中,他们把12,500伏电压穿过材料,材料没有损坏,然后继续加大电流。
拉姆斯德尔说,我们不断烧毁电源,却始终无法获得足够大的电流来做破坏性测试。结果呢,一组超级电容组驱动了他估计超过600安培的电流穿过短样品,仍然没有失效。


和唯一可比的增材材料银喷墨相比,拉姆斯德尔声称Cu29的导电性高出48,000%。
这些数字是公司自述,有待独立验证,但定位很明确,一种材料同时覆盖高功率和低功率应用,现有化学材料做不到。
Kupros还在今年的RAPID增材制造展会上拿到了TCT材料奖。



目前Kupros正在开发Cu29 Space,这是基础材料的变体,专门针对锡须问题。
锡须指的是锡导体长出微小金属丝状物,可能桥接相邻导线,导致电路短路。这对航天器尤其危险,因为硬件无法维修,一次短路就可能终结整个任务。
据Kupros介绍,Space变体的配方旨在消除锡须,同时可以在典型FDM硬件上打印0.2mm到1.2mm的导线。这种线材可用于功率级导体、非平面和模块化电子器件,以及嵌入式传感器和天线。


这个名字能追溯到铜最古老的历史。
拉姆斯德尔指出,Kupros在希腊语里就是铜的意思,而希腊人是人类第一个进入铜器时代的文明。
对一个屡次被告知核心想法不可能实现的创始人来说,这种命名是深思熟虑的选择。


对增材制造行业来说,大家都在等一个承诺兑现,那就是功能性多材料零件直接从打印平台问世。
在这种背景下,一种能在通用硬件上运行、而且已经有太空级产品线的导电金属线材,算是真正的进步,前提是性能数据经得起检验。
如果想了解更多关于Kupros的信息,可以访问其网站这里

09:24 转载自:3dnatives,如对内容有疑问,请联系我们:yihanzhong@amedao.com
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