铜以其红橙色外观而闻名，是一种因其卓越物理性能而广受欢迎的金属。

这些特性使其成为从电子行业到最终用途零件制造等多个领域的关键材料。

随着3D打印技术的进步，铜找到了新的应用领域，能够制造出以前难以实现的复杂定制化设计。

为了更好地理解这种金属的特性、它为3D打印零件带来的优势以及市场上的主要制造商，请阅读本指南。

铜（Cu），原子序数29，是一种化学元素。

它是世界上仅次于铁和铝的第三大最广泛使用的金属，并且在增材制造中越来越受欢迎。

铜的受欢迎源于其有趣的特性，尤其是导电性。

凭借其良好的导电性、延展性和可塑性，它成为制造电气元件最常用的金属之一。

如果聚焦于其在3D打印中的应用，我们会发现多种铜基合金，但它们之间略有差异。

下面列出了一些最常见的合金及其具体特性，

这种材料的提取始于矿山（露天或地下），在那里从地壳中开采出铜矿石。

提取后，矿石被破碎和研磨成更小的颗粒，以便于铜从其他矿物中分离出来。

随后，通过一系列工艺，如浓缩、熔炼或电化学精炼，将原始矿石转化为金属及其不同纯度的合金。

正是在这个转化阶段，确定了铜用于增材制造的形态（粉末或线材）。

如前所述，铜具有良好的耐腐蚀性，这延长了打印零件在恶劣环境中的使用寿命。

此外，通过适当的工艺优化，它可以展现出具有竞争力的机械性能，包括硬度和耐磨性。

然而，铜的3D打印也带来了挑战。

例如，其相对较低的熔点可能会使材料熔化复杂化，并影响层间结合质量。

此外，铜的高导热性会导致冷却过程中出现变形问题，影响零件的尺寸精度。

尽管如此，这种金属仍可用于增材制造，为最苛刻的行业制造零件。

目前有多种兼容铜的3D打印技术，其中最常见的是基于粉末系统。

首先，金属粉末床增材制造（L-PBF、DMLS或SLM）是一种用于制造几乎所有金属合金（包括铜）的最终零件和原型的工艺。

该技术的质量、强度和密度远优于传统技术。

电子束熔炼（EBM）是一种兼容铜合金的选项，适用于高端原型制造和小批量生产。

使用粘结剂喷射制造铜零件也是可行的。

尽管纯铜是一种难以通过这种方法实现高密度加工的材料，但一些公司已开发出自身的解决方案来实现这一目标。

这样，我们可以利用增材制造的几何自由度和较低成本，同时用这种导电金属制造零件。

另一种兼容铜的增材制造技术是定向能量沉积（DED）。

根据设备不同，金属可以是粉末或线材形式。

与其他金属技术不同，DED 3D打印依赖于通过实时熔融过程添加材料，从而在创建复杂几何形状方面具有极大的灵活性，并且能够修复现有组件。

最后，还有两种通常用于塑料材料的技术，但在某些例外情况下也可以制造铜零件。

它们是挤出式3D打印（FFF/FDM）和光固化成型。

对于前者，Markforged开发了能够处理金属线材的挤出解决方案。

例如Metal X，这是一种FFF 3D打印机，能够加工封装在塑料粘结剂中的金属粉末，并逐层沉积。

打印后，零件必须经过清洗并放入烘箱中，通过热脱脂去除残留的粘结剂，从而赋予其全部性能。

至于第二种技术，holo、Admatec和Incus等公司已经开发出基于液态光刻制造、兼容铜的金属3D打印机。

鉴于铜的有趣特性，其应用范围非常广泛。

无论使用何种增材制造技术，铜都以其高导热性和高导电性而著称。

这就是为什么许多公司使用这种材料来制造需要良好导电性的组件，例如感应线圈、电动汽车的电机绕组、电磁线圈、波导和天线等。

此外，它也是一种非常适用于散热和热交换组件的金属，例如冷却板、散热器和热管、温度交换器、冷却装置、成型冷却模具嵌件等。

最后，在航空航天工业中，这种金属材料常用于推进系统和火箭发动机零件。

根据制造铜零件所使用的技术，金属可以有多种形态（主要是粉末和线材）。

目前有多家公司在增材制造市场上提供其铜合金产品。

其中包括Sandvik、Höganäs、Safina和Mitsubishi Materials，以及EOS、3D Systems和Elementum。

除了材料本身，还值得一提的是那些开发了兼容这种金属的增材制造解决方案的公司。

其中包括前面提到的Markforged、Holo、Admatec、Incus和3D Systems。

但还有许多其他公司，例如Colibrium Additive（原GE Additive）、Desktop Metal（与ExOne一起）、SLM Solutions、Renishaw、Optomec和DMG Mori，名单还在继续。