3D打印铜的市场潜力——电感线圈138
发表时间：2023-11-02 14:46  铜金属3D打印技术主要被应用在航空、国防领域，美国航天局NASA 在铜质发动机燃烧室内衬3D打印方面取得了突破，打印材料为GRCo-84铜合金。 然而航空航天领域的高门槛让很多从事金属3D打印服务的企业望而却步，那么对于铜金属的3D打印来说，有没有一些可以触及到的应用刚好可以发挥铜的特性与3D打印的灵活性这两方面的优势呢？ 答案当然是有，那就是电感线圈。  图一 铜电感线圈 传统电感线圈制造难点 电感线圈需要经历若干机械制造工序。线圈通过手动弯曲和焊接达到想要的形状，其中小块铜（管）被放在一起并焊接，焊接是一个耗时的过程并且导致大量的生产成本产生。 几何形状越复杂的电感线圈，需要焊接的单个元件越多。当为了获得所需的几何形状而需要彼此相邻的多个焊点时，必须使用几种具有不同熔点的焊接剂，以便在施加第二焊料时第一焊料不会松动。 焊接的挑战是很难应对的，在焊接第二块节点的时候，热量将转移到第一个焊接点。这种额外的热量可以从第一个焊接点溶解焊料。即使是经验丰富的工人也认为这是一项非常复杂和棘手的工作。 而每个焊接点都会破坏电流并导致性能显着下降。电感器的效率不仅受焊接接头的影响，而且还受到电感器几何形状的限制。 传统制造工艺通常只能实现相对简单的标准形状。然而， 所以说传统方式制造的电感器导致许多问题和缺点。 3D打印电感线圈的优势 3D打印近乎可以消除传统焊接线圈的所有缺点。例如，3D打印的电感线圈几何形状可以尽可能紧致，从而使得电感器实现更高的效率。3D打印的电感器形状可以更加接近元件的轮廓，而电感器的形状决定了效率。3D打印线圈的较长寿命，从而降低操作和投资成本。 01 热处理可提升电导率 纯铜材料具有高导电性，但对粉末床激光熔化增材制造提出了挑战。纯铜的高反射率导致该材料难以通过基于红外激光的金属3D打印技术进行制造。但选用CuCrZr铜合金粉末，在高导电率和粉末床激光熔化增材制造工艺的适应性上做出平衡。 图三 制造CuCrZr，增材制造与热处理的CuCrZr，纯铜对比。 CuCrZr 材料的强度优于纯铜。就电导率而言，CuCrZr铜合金的导电率是纯铜的23%，但是在完成3D打印后，对3D打印零件进行热处理，则能够实现更高的导电率。对3D打印铜电感器线圈进行热处理后，能够达到纯铜电导率的90%。
02 面向增材制造的设计提升性能 在设计3D打印线圈时，可以依据粉末床激光熔化技术所产生的几何形状和设计自由度如何提高材料的特性，从而在性能、耐用性、效率和成本方面，比传统工艺制造的纯铜线圈(焊接或弯曲)更具优势。
3D打印线圈的几何形状能够对性能做出许多改善。首先，集成空心方形线圈增加了冷却面积，从而延长了线圈的使用寿命并降低了能耗。传统弯曲的线圈需要的电流值为1,454A，而3D打印的线圈仅需要的电流为1,333A。 在此样本中，由增材制造线圈激发产生的磁场比常规线圈产生的磁场更具穿透性。增材制造线圈硬化层的厚度大于常规线圈的硬化层。
结果表明，与常规线圈相比3D打印铜线圈的励磁磁场穿透得更深，这种更深的磁激励意味着硬化层的厚度也增加。 如果通过3D打印技术制造传统设计，则线圈的性能可能不符合传统线圈的标准，但是通过面向增材制造的设计，3D打印线圈可以实现性能的提升。 03 可重复性和更高使用寿命 作为一种工业应用产品，3D打印铜电感器线圈需要符合公差要求，增材制造工艺需能够实现质量可重复性。 数字化控制的3D打印正好满足这一要求，通过对于原材料的把控和工艺的稳定性，相比于传统焊接更可以对产品的质量进行把控，也可以进行大规模的批量化生产。 3D打印铜合金电感线圈相比于传统的制造方式有点重多，但是由于传统加工方式更为大家所使用因此3D打印方式还未完全普及，市场潜力巨大。不只电感线圈，随着3D打印铜合金技术的逐步发展与完善，越来越多的传统制造业向增材制造行业转型。铜合金的使用也涉及了生活中的很多方面，例如：微电子和半导体集成电路、电真空器件、铜印刷电路、散热器、制动系统管路、空调和冷冻机中的交换器铜管等等，铜合金3D打印市场前景广泛。 本文素材整理于网络，仅做行业知识分享，不代表本号观点，如有侵权请联系本号删除。  联系电话｜010-67653698 企业网址｜http://www.asia-materials.com |
