純銅3D打印仍然是當前的研究熱點，目前已知的純銅3D打印工藝包括激光/電子束粉末（床）熔融、粘結劑噴射以及FDM型的桌面式工藝，無論哪種，純銅還都遠遠沒有像其他材料那般獲得大規(guī)模的應用。本期，3D打印技術參考介紹另一種純銅3D打印工藝——基于DLP的數(shù)字光處理技術。

該技術的開發(fā)商為美國Holo公司，它于2014年被Autodesk收購，推出了基于DLP工藝的AutodeskEmber3D打印機。但其創(chuàng)始人為了更好地發(fā)展業(yè)務，*終將公司于2017年從Autodesk脫離出來，并一直使用原技術開發(fā)金屬3D打印零件。

專有的金屬—聚合物漿料+成熟的MIM后端工藝

基于DLP的純銅3D打印工藝，采用了Holo公司專有的PureForm技術，利用高分辨率光學成像儀對純銅粉和光敏樹脂混合而成的漿料進行3D打印，并結合已經非常成熟的金屬注射成型（MIM）后端工藝，對打印后的生坯進行脫脂和燒結，*終生產出高性能零件。

對于純銅3D打印工藝的開發(fā)，主要圍繞導熱性和導電性展開。銅的導電性與其純度直接相關，任何污染物，特別是鐵，都會影響*終性能。這一點無論對于基于DLP還是3DP亦或是注射成型的工藝都同等重要，然而在實際的制造過程中需要向金屬粉末中添加其他物質，然后再制造出高純凈、高密度和高保真的零件。

用于脫脂和燒結的粉末冶金工藝已經非常成熟，Holo首先選擇了能夠提供合適化學性能的供應商，這一點非常關鍵；其次，對樹脂基體的成分進行了優(yōu)化，它不同于金屬注射成型中使用的蠟基材料，后者中的某些化學物質會影響燒結零件的機械或化學性質。Holo需要在可成型和保證性能之間進行平衡，如果樹脂中含有污染物，就需要在燒結過程中通過特定的氣體去除。

Holo公司的漿料具有*的分散性，在打印過程中可形成均勻的層厚，打印機可在不到10s的時間內固化新層。目前，Holo通過DLP+脫脂燒結工藝成型的純銅的致密度平均為96-98%，足以達到大塊銅95%的導熱率和導電率。此外，該工藝還可能會減少激光打印產生的裂紋問題。

優(yōu)化設計+3D打印，將產品的性能翻倍

傳統(tǒng)上，一些類型的冷卻板需要通過切削制造，在金屬工件上切出幾十個翅片，每片的厚度約110μm，間距大致相同。由于切削路徑的限制，這些翅片被加工成直線形式，通過產生空氣或液體層流，來冷卻設備。從傳統(tǒng)角度，這種流動并不理想。層流穿過直通通道會產生沿翅片每側下降的邊界層，從而降低傳熱的有效性。3D打印所能做的，就是突破產品設計。

Holo對冷卻板設計了幾個沿著鰭結構的橫梁，每一個橫梁都有獨特的設計，其數(shù)量會根據(jù)芯片上熱點的位置和歧管內冷卻劑的理想流量分布而不同。在此實例中，冷卻板的有效區(qū)域為30*30mm，包含數(shù)百個細小的金字塔狀結構，高度約150μm，這些結構被用作擾流器，增加了歧管內冷卻劑的紊流。歧管管位于金字塔結構的頂部，幾乎無法以其他任何方式加工，即使采用基于激光的SLM工藝，也存在粉末散落其中的風險。

然而，Holo基于DLP的傳統(tǒng)3D打印所制造的的鰭片寬度為170μm，這明顯不如傳統(tǒng)工藝，但事實是，*終產品的傳熱能力達到了傳統(tǒng)產品的兩倍。這正是零件創(chuàng)新設計實現(xiàn)了比傳統(tǒng)產品更高的性能水平，而如果進一步優(yōu)化工藝，將精度提高到100μm，這種性能的改進還將繼續(xù)翻倍。

一種材料，一個市場

值得注意的是，Holo從未將自己定義為3D打印機設備開發(fā)商，而是零件供應商，至少在短期內不會出售其品牌的設備。Holo瞄準*終應用市場——為計算機行業(yè)的數(shù)據(jù)中心、高端CPU以及電動汽車等行業(yè)開發(fā)散熱解決方案，并奉行一種材料一個市場的原則，這是一個價值40億美元的市場。

基于其專利工藝，Holo已經推出了316L、17-4PH、復合材料、陶瓷以及純銅產品。目前，他們的一條試驗生產線每月可生產20000個純銅小零件，并希望每年生產數(shù)百萬個銅散熱片零件。3D打印為傳統(tǒng)的散熱片設計帶來了變革，Holo無疑看到了批量生產以及復雜零件制造方面的機會。

基于DLP+脫脂燒結工藝制造的純銅

根據(jù)其市場定位，Holo著重于三方面的挑戰(zhàn)。一是材料密度，用于液體冷卻的裝置零件必須完全致密且封閉，即使是很小的泄露都可能導致危險，Holo需要研究打印和燒結行為，保證足夠的密度以及零件制造的可重復性；二是導熱率，這涉及到材料*終的純度，任何與污染有關的事項都需要考慮在內；三是產品設計，Holo將自己定義為零件生產商，就不能只研究材料和工藝，還需要創(chuàng)新產品設計，這無疑需要了解重點行業(yè)產品的弊病。

END

無論對于計算機芯片還是電動汽車的電池，隨著功率的增加，器件對散熱的要求越來越高。復雜的熱交換器和液體冷卻裝置需要高保真、復雜的幾何形狀，3D打印為突破傳統(tǒng)機加工、焊接方案提供了新的制造工藝。傳統(tǒng)行業(yè)將因增材制造受益巨大，但投資并不了解的新制造技術則可能并不是*佳方案。

無論哪種工藝，制造精度非常關鍵，尤其對于基于燒結的DLP和粘結劑噴射技術，零件收縮是一項需要克服的重要問題。