銅及銅合金增材制造技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢前言 銅及銅合金具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，如高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于電力工業(yè)、熱管理系統(tǒng)、核電站和航空航天工業(yè) 。高強度、耐磨和耐蝕銅合金用于汽車零件及日常生活用品。 本文介紹了用于增材制造（AM）的銅及銅合金原料粉末的種類及制備方法，總結(jié)了國內(nèi)外銅基零件AM技術(shù)的現(xiàn)狀。重點闡述了不同AM方法的工藝流程和優(yōu)缺點，分析了影響零件質(zhì)量的技術(shù)難點和相應(yīng)的解決方案，并對銅基零件AM技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。 增材制造技術(shù)概述 AM技術(shù)是一種依據(jù)零件三維模型的分層切片、離散數(shù)據(jù)，通過材料逐層累積來制備零件的新方法 。與傳統(tǒng)制造方法相比，AM技術(shù)具有設(shè)計自由度高、生產(chǎn)周期短等優(yōu)勢，適用于形狀復(fù)雜、輕量化或多功能梯度的3D打印部件 。
銅及銅合金3D打印用粉末 霧化銅及銅合金粉末 霧化法通過機械方法將金屬熔液粉碎成尺寸小于150μm的顆粒。不同霧化工藝所得到的金屬粉末微觀形貌不同，包括類球形、海綿狀、球形和片狀 。
包覆粉末 包覆粉末通過在銅粉表面包覆其他金屬或合金來改善其性能，如導(dǎo)電性和延展性 。例如，圖2顯示了不同成分的包覆銅粉的掃描電子顯微鏡（SEM）照片，分別展示了純銅粉末、鍍錫銅粉和鍍鎳銅粉
1 鋮豐材料實例  鈦合金粉末表面包覆納米銅 （未后處理） 銅及銅合金增材制造工藝 主要的AM工藝包括選擇性激光熔化（SLM）、電子束熔融（EBM）、粘結(jié)劑噴射（BJ）和粉末擠出打?。≒EP）。每種工藝均有其優(yōu)缺點 （見表1）。
選擇性激光熔化（SLM） SLM利用激光束逐層熔化粉末材料，形成致密零件。其優(yōu)點是尺寸精度高、沉積速率快，但對粉末材料的球形度和流動性要求高 。 電子束熔融（EBM） EBM使用電子束熔化金屬粉末，適合制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件。與SLM相比，EBM具有更高的能量利用效率，但設(shè)備成本較高 。 粘結(jié)劑噴射（BJ） BJ通過噴射粘結(jié)劑將粉末顆粒粘合在一起，然后進(jìn)行燒結(jié)處理。其優(yōu)點是成本低、產(chǎn)量高，但過程環(huán)節(jié)多，操作復(fù)雜 。
粉末擠出打?。≒EP） BJ通過噴射粘結(jié)劑將粉末顆粒粘合在一起，然后進(jìn)行燒結(jié)處理。其優(yōu)點是成本低、產(chǎn)量高，但過程環(huán)節(jié)多，操作復(fù)雜 。
主要應(yīng)用示例 AM技術(shù)在多個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如熱交換器、電感線圈、火箭發(fā)動機部件和藝術(shù)品 （見圖6）。例如，美國國家航空航天局（NASA）開發(fā)了使用SLM技術(shù)打印的帶有冷卻通道的火箭發(fā)動機部件 。
未來展望 盡管AM技術(shù)發(fā)展迅速，但仍存在一些挑戰(zhàn)，如材料種類有限、成本高、生產(chǎn)率低和零件性能各向異性 。未來的研究方向包括開發(fā)新型銅及銅合金粉末、優(yōu)化AM工藝、提高零件性能和降低制造成本 。此外，建立一體化的制造流程和設(shè)備將有助于簡化工藝，提升生產(chǎn)效率 。 結(jié)論 本文綜述了銅及銅合金增材制造技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。盡管存在一些挑戰(zhàn)，但AM技術(shù)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的制造方面具有巨大潛力。未來的研究應(yīng)重點解決材料、工藝和設(shè)備方面的問題，以推動銅及銅合金AM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 。 參考文獻(xiàn)： 【銅及銅合金增材制造技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢】 文章號：1671－6795（2024）01－0023－09 |
