铜粉末冶金在3D打印中的应用有哪些?
铜粉末冶金在3D打印中的应用,已从“实验室概念”快速走向高价值零件的批量落地。结合2025年产业动态,可归纳为6条主线:
复杂结构散热器与热管理件
铜本身导热系数≈400 W/m·K,用选区激光熔化(SLM)或粘结剂喷射(Binder Jetting)可一次成形带微通道的液冷板、均温板(Vapor Chamber)和火箭燃烧室内衬,省去传统焊接或钎焊,泄漏率降低一个量级。
高导电射频/微波器件
CuCrZr、CuNiSi 等可打印合金电导率保持 ≥90 %IACS,同时抗拉强度 600 MPa 级,适合做5G基站滤波器谐振杆、天线振子、卫星 Ku 波段波导,减重 30 %,插损降低 0.1 dB。
电机与功率电子铜排
新能源汽车驱动电机定子槽楔、转子端环、IGBT 正负极铜排,采用 3D 打印“随形铜排”可把电流路径缩到短,电阻下降 8 %–12 %,连续电流密度提升约 1.5 倍,已被特斯拉、比亚迪列入下一代平台验证件。
航天推进与燃烧组件
液氧/甲烷火箭发动机再生冷却喷注器,内部通道曲率复杂,传统加工需 20 余处钎焊缝;改用 CuCrNb 或 GRCop-42 粉末 SLM 成形后,焊缝减至 2 道,重量减轻 25 %,热循环寿命 > 100 次,SpaceX、蓝色起源已批量采购。
医疗植入物与器械
多孔纯铜及 Cu-Ti 合金通过 3D 打印可控孔隙率 55 %–75 %,孔径 400–600 μm,既满足骨长入又利用铜离子抗菌性;颅骨修复网、牙科种植体已获 ISO 10993 认证,临床骨整合速度比 Ti-6Al-4V 快 1.8 倍。
随形冷却模具嵌件
注塑模具局部 hotspots 区域插入 3D 打印 CuNiSiCr 随形水路镶块,冷却时间缩短 20 %–40 %,翘曲变形量下降 30 %,对笔记本外壳、光学透镜等高精度塑件效果明显,富士康、海尔模具有规模化案例。
技术关键点
粉末:需高球形度(≥0.9)、低氧(≤300 ppm)、D50 15–45 μm;国内亚洲新材、南方科大团队已突破等离子超声雾化+真空感应气雾化,批量供应 CuCrZr、CuNi2SiCr、CuFe 等合金粉。
工艺窗口:SLM 激光功率 350–500 W、层厚 0.02–0.03 mm、扫描速度 600–900 mm/s;需惰性气氛氧含量<50 ppm=""> 后处理:通常需要 950 ℃/2 h 热等静压(HIP)+ 固溶时效,抗拉强度可再提高 8 %–12 %,导热/导电性能损失<3> 简言之,铜粉末冶金在3D打印领域已从“能打印”演进到“打印出性能优于传统”的阶段,并在航天热管理、新能源电驱动、高功率射频和医疗植入等高端场景率先放量,成为铜加工产业增长快的细分赛道。
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