铜金属3D打印技术主要被应用在航空、国防领域，美国Aerojet Rocketdyne研发的RL10液氢燃料火箭发动机中就使用了3D打印的铜合金推力室部件。美国航天局NASA 在铜质发动机燃烧室内衬3D打印方面也取得了突破，打印材料为GRCo-84铜合金。
著名感应加热设备制造商GH Induction 则将铜金属3D打印技术应用在了民用设备制造领域。目前，GH Induction已推出了3D打印铜金属产品-3DPCoil感应器。本期， 就与谷友共同来了解一下这个3D打印的铜感应器在感应加热设备中的应用价值。
GH Induction 公司为航空航天、汽车、机床工具、造船等制造业用户提供零件热处理解决方案。例如在汽车行业，GH Induction的感应加热设备已为宝马、沃尔沃、丰田、标志等众多汽车制造商所使用，在车身、电机、传动系统、车轮轴承等零部件的热处理中发挥着作用。
感应加热热处理是一种用感应电流使工件局部加热的表面热处理工艺。这种热处理工艺常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有时也用于整体淬火和回火。
这种工艺的原理是，将工件放入感应器(线圈)内，当感应器中通入一定频率的交变电流时,周围即产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流──涡流。感应电流在工件截面上的分布很不均匀，工件表层电流密度很高，向内逐渐减小, 这种现象称为集肤效应。工件表层高密度电流的电能转变为热能，使表层的温度升高，即实现表面加热。电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差则越大，加热层越薄。在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却，即可实现表面淬火。
GH Induction 对其感应加热处理设备中的感应器进行了设计迭代，并使用电子束熔融（EBM）金属3D打印技术来制造迭代后的感应器-3DPCoil。GH Induction 已为其3D打印铜感应器申请了专利。
GH Induction 与西班牙一家3D打印服务企业合作进行3DPCoil的设计与打印。针对增材制造技术在制造复杂结构方面所具有的优势，双方对铜感应器进行了优化设计，优化后的感应器是一个整体式的零件，可通过EBM 3D打印设备进行制造, 制造材料为纯铜。
在使用3D打印技术之前，GH Induction 在制造感应器时需要通过钎焊工艺对感应器部件进行焊接。
GH Induction公司表示，3D打印技术的主要优势在于无需使用钎焊就可以制造出一体式的铜感应器，铜感应器的密度是均匀的，感应器的冷却效果得到优化。
GH Induction公司还表示，3D打印铜感应器给感应加热设备带来的优势是明显的，因为3D打印铜感应器的使用寿命与上一代感应器相比得到了显著的提升，对于使用感应加热设备的制造业用户来说，这意味着能够减少更换感应器的频次，继而减少生产时间，节省每个零件的制造成本，提高对设备的投资回报率。
Review
铜是一种导热性和反射性极佳的材料，这一属性也使铜的增材制造充满了挑战。除了本案例中GH Induction所使用的电子束熔融3D打印技术，选择性激光熔化（SLM）3D打印技术也可以用于制造铜金属粉末材料。铜金属在激光熔化的过程中，吸收率低，激光难以持续熔化铜金属粉末，从而导致成形效率低，冶金质量难以控制等问题。此外，铜的高延展性给去除多余粉末这样的后处理工作增加了难度。
根据 的市场研究，西安铂力特公司和上海悦瑞公司已在铜金属激光成形领域取得了进展。其中，西安铂力特公司研制出针对难熔金属和高导热、高反射金属的3D打印工艺，实现了复杂流道的铜材料制造工艺，成功制备出3D打印铜合金尾喷管。
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