TIWARI Scientific Instruments（TSI）是一家以設(shè)備為導向的德國初創(chuàng)企業(yè)，專注于材料熱測量和測試系統(tǒng)以及金屬和陶瓷增材制造技術(shù)，并為歐洲航天局（ESA）提供服務。其開發(fā)的熔絲FFF 3D打印工藝，可以在絲材中加入金屬或陶瓷顆粒，并最終得到金屬或陶瓷部件，從而為空間應用提供制造能力。

使用該工藝制造的不銹鋼、鈦、氧化鋁以及碳化硅零件已經(jīng)在ESA材料和電氣元件實驗室進行了全面的無損和破壞性測試，以評估其附加值和空間使用性。出人意料的是，這些3D打印的零件與傳統(tǒng)制造的同類產(chǎn)品相比，具有更高的機械性能，其中不銹鋼可以在不斷裂的情況下延長到以前無法實現(xiàn)的100%。

3D 打印的碳化硅過濾器

作為歐空局的孵化企業(yè)，TSI注重材料的熱和機械性能。基于高的導熱性，純銅的3D打印一直備受關(guān)注，TSI希望能夠推出低成本的3D打印解決方案。近日，該公司成功采用FFF技術(shù)實現(xiàn)了高密度、結(jié)構(gòu)復雜、無氧純銅散熱器打印。

將純銅加工成粉末或細絲均極具挑戰(zhàn)。純銅的3D打印工藝目前雖有很多，但多為孤例，每一種工藝從事的企業(yè)都極少。采用綠激光打印是當前粉末床技術(shù)的重要發(fā)展，而適用于3D打印的綠光激光器卻極少，通快推出的產(chǎn)品目前也不單獨出售。對于要求苛刻的應用，采用SLM打印的零件可能仍需要額外的機加工和后處理，這個過程可能會影響到零件的成分和性能。

使用 nTopology 設(shè)計、TSI熔絲3D打印的純銅熱交換器

TCT展會上通快的純銅質(zhì)量評估樣件

使用FFF技術(shù)，部件打印的層厚設(shè)置為50μm，由于層厚導致的粗糙度會在燒結(jié)過程中因為收縮而降低。零件在生坯條件下可以手動拋光或機械加工，從而降低了進一步后處理的成本，然后再進行脫脂和燒結(jié)。采用TSI的技術(shù)，金屬和陶瓷部件的致密度可超過 99%。

采用擠出技術(shù)3D打印金屬部件，目前比較知名的國外企業(yè)有Desktop metal和Markforged，國內(nèi)有升華三維、上海復志以及縱維立方。DM的設(shè)備推出多年，但似乎在升級和應用方面并沒有太多新聞，國內(nèi)廠家的技術(shù)多比較類似。在材料方面，國外企業(yè)多可自主生產(chǎn)材料，國內(nèi)則多采用第三方材料。

使用 nTopology 設(shè)計、TSI熔絲3D打印的純銅熱交換器

熱交換器散熱效果模擬

通常，金屬絲材的粘結(jié)劑含量較高，體積比占40%左右。在TCT 3D打印展會期間，上海復志展示了其公司基于擠出的金屬3D打印機，在打印機旁放置的脫脂爐非常顯眼；升華三維也在其官網(wǎng)展示了其脫脂爐；而Exone等公司的粘結(jié)劑噴射技術(shù)，則是將脫脂和燒結(jié)一步完成，沒有單獨的脫脂環(huán)節(jié)。

升華三維的脫脂爐

Markforged金屬3D打印零件

國外研究人員使用Exone的設(shè)備已經(jīng)進行過純銅材料的研究，但所制備的材料致密度和其他性能都不高，且需要經(jīng)過熱等靜壓處理才能實現(xiàn)致密化（且只有燒結(jié)密度超過90%才有必要）；同時也發(fā)現(xiàn)，粉末的粒度分布、墨水成分等都是影響制件性能的關(guān)鍵因素。今年2月，Digital metal宣布推出純銅3D打印材料，成為第一個為粘結(jié)劑噴射3D打印系統(tǒng)提供官方認證的純銅材料和工藝的設(shè)備商。根據(jù)該公司公布的數(shù)據(jù)，通過粘結(jié)劑噴射技術(shù)成型的純銅致密度為96.6%，銅純度為99.9%，然而并不知曉該公司的后處理工藝是否也包含了熱等靜壓。

在DLP純銅3D打印工藝方面，國外Holo公司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，同樣是結(jié)合已經(jīng)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(jié)，最終生產(chǎn)出高性能零件。Holo還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(zhì)會影響燒結(jié)零件的機械或化學性質(zhì)。Holo公司稱其漿料具有極佳的分散性，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(nèi)固化新層。目前，Holo通過DLP+脫脂燒結(jié)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(chǎn)生的裂紋問題。

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(guān)，任何污染物，特別是鐵，都會影響最終性能。實際上除了激光和電子束能夠直接熔化成型純銅，DLP、FFF、3DP等工藝都無法擺脫脫脂燒結(jié)工藝。作為近些年流行起來的新金屬3D打印類型，人們更應該關(guān)注3D打印之后的環(huán)節(jié)。