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，被廣泛應用于制造航空、航天發動機燃燒室部件。但是隨著應用端對于復雜結構零部件的需求增多，傳統加工工藝已逐漸無法滿足需求。

       近日，美國的Markforged公司推出了一種成功3D打印銅零件的方法。這一工藝有望被廣泛的應用于電動汽車等制造領域。

3D打印銅。來源：Markforged

 更經濟更復雜的銅零件

        由于銅的導熱性和反射性極佳，這使得銅金屬在3D打印機內部難以操作。雖然當前選擇性激光熔化（SLM）3D打印技術可以用于制造銅金屬粉末材料。但是銅金屬在激光熔化的過程中，吸收率低，激光難以持續熔化銅金屬粉末，從而導致成形效率低，冶金質量難以控制等問題。此外，銅的高延展性給去除多余粉末這樣的后處理工作增加了難度。

      之前，Fraunhofer ILT推出了綠色激光器解決方案，與1μm波長的波長相比更短，波長在515nm。這意味著更少的激光功率輸出，此外，激光束可以更精確地聚焦，使其能夠使用新的SLM工藝制造更加精細的部件。

      不過Markforged公司的銅3D打印工藝與Fraunhofer ILT推出了綠色激光器解決方案并不相同，與粉末床選區激光熔化金屬3D打印工藝相區別，Markforged使用的是擠出式的3D打印技術，通過解決以前無法解決的挑戰，來降低汽車生產制造成本，同時提高電動汽車電機的效率。

        在電動汽車方面，電力驅動及控制系統是電動汽車的核心，也是區別于內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統由驅動電動機、電源和電動機控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內燃機汽車相同。電力驅動子系統由電控單元、控制器、電動機、機械傳動裝置和驅動車輪組成。主能源子系統由主能源、能量管理系統和充電系統構成。輔助控制子系統具有動力轉向、溫度控制和輔助動力供給等功能。

3D打印銅的潛力應用之一。來源：3D科學谷《銅金屬3D打印白皮書》

       使用鑄銅轉子的電動機可以幫助普通感應式電動機有效降低電動機的轉子損耗，從而幫助提高電動機的效率，在電動機損耗降低的同時，由于轉化為熱能的能量減少，從而使得轉子以及定子線圈溫度降低。Markforged所開發的3D打印銅金屬工藝，將有望解決電動汽車鑄銅零件鑄造和釬焊的挑戰，替代鑄造與釬焊，實現更經濟更復雜更高效的銅零件生產，從而有望應用于例如轉子、散熱器、感應器等零件的制造中。

      與選區激光金屬熔化3D打印工藝相區別，Markforged所開發的3D打印銅金屬工藝將銅與塑料材料混合成銅絲，然后通過擠出熔融的方式逐層構造部件，這個過程只是在熔化塑料，而不是在熔化銅。然后，將銅放入燒結爐中，將其中的塑料材料去除。

       3D打印提供了在經濟上制造較小、更復雜、高公差零件的能力，目前，汽車制造商如何在節省成本的同時提高質量的一個例子是通過Markforged的工藝3D打印銅焊柄，該焊柄用于點焊車身零件。大多數大型汽車制造廠可能會從外部供應商處購買多達100萬美元的備用刀柄。而如果制造商可以自己制造更小、更緊湊的焊柄，則可以在更狹窄的空間焊接，這意味著可以使用更少的點焊，因為可以使焊縫更接近想要的位置，這對高性能汽車非常有用。

3D打印銅焊柄。來源：Markforged

  一家制造商已經通過Markforged的工藝3D打印銅焊柄進行了數千次試焊，零件交貨時間減少了12倍，零件成本減少了6倍。

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