2024年，綠激光3D打印迎來了設(shè)備廠商的集體入局。

圖片來源：Sintavia

純銅及銅合金因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和韌性，廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造、汽車和3C電子等領(lǐng)域。但純銅的高熱導(dǎo)率、高反射率和氧化敏感性，導(dǎo)致熱量擴散快、激光吸收效率低且易出現(xiàn)飛濺，給3D打印帶來技術(shù)挑戰(zhàn)。

因此，綠激光3D打印機成為解決這一難題的有效方案。綠激光的短波長相比近紅外激光對金屬具有更高的吸收率，是打印高反射金屬的更優(yōu)選擇。在常溫條件下，銅材料對1064nm近紅外激光的吸收率不足5%，而對532nm綠激光的吸收率可達40%，是傳統(tǒng)近紅外激光的8倍，有效提升了打印效率和質(zhì)量。

2024綠激光3D打印機競速賽：各大廠商火力全開

如今，基于綠光激光的LPBF設(shè)備已成功實現(xiàn)商業(yè)化。早在2018年，通快公司率先推出全球首款綠激光3D打印機TruPrint 1000綠光版，該設(shè)備配備515nm綠光激光器，能夠高效加工純銅、銅合金以及貴金屬等高反射性材料。隨后，在2022年，通快又推出新一代大型綠光3D打印機TruPrint 5000綠光版。

到了2023年，中國在綠激光3D打印設(shè)備的商業(yè)化進程中取得了重要突破。希禾增材率先推出XH-M160G設(shè)備，成為國內(nèi)首家、全球第二家成功商業(yè)化綠激光LPBF設(shè)備的廠商。2024年，希禾增材再次推出中大成型尺寸的XH-M350G設(shè)備。隨著希禾增材在綠激光SLM 3D打印領(lǐng)域一路高歌猛進，其他廠商也迅速跟進。

2024年5月，漢邦激光在TCT亞洲展上正式推出HBD S400G綠激光金屬增材制造設(shè)備，成型尺寸可達400×350×400mm。2024年7月，鉑力特也宣布推出全新綠激光技術(shù)方案，但具體機型尚未披露。緊接著，鐳明激光于12月宣布基于LiM-X系列SLM設(shè)備推出綠激光增材制造解決方案。

20億美元潛力銅粉市場：中體新材蓄勢崛起

隨著設(shè)備廠商的爭相入局，應(yīng)用成本有望逐步降低，這將進一步推動3D打印純銅及銅合金材料在航空航天、電子、醫(yī)療等高端領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。然而，想要在應(yīng)用端實現(xiàn)突破，除了設(shè)備的改進之外，材料的發(fā)展同樣是至關(guān)重要的因素。

以球形純銅粉為例，其存在極易氧化的問題，為確保打印部件具備優(yōu)異的導(dǎo)電性和良好的力學性能，需要采取有效措施，使其能夠在電子、電力等對導(dǎo)電性要求極高的領(lǐng)域中穩(wěn)定發(fā)揮作用。這不僅可以延長純銅部件的使用壽命，還能減少因氧化導(dǎo)致的性能衰退和材料損耗，從而顯著節(jié)省維護和材料更換成本。

為此，作為在3D打印金屬材料領(lǐng)域持續(xù)深耕的創(chuàng)新型企業(yè)，中體新材推出了球形純銅粉抗氧化技術(shù)，成功解決了純銅粉極易氧化的難題。該技術(shù)在純銅粉的生產(chǎn)、儲存、運輸以及3D打印全過程中形成一層穩(wěn)定且有效的保護膜，將氧含量嚴格控制在極低水平，從而確保純銅粉的高導(dǎo)電性與優(yōu)異性能。

同時，中體新材自主研發(fā)的AMP生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了3D打印純銅粉的規(guī)模化生產(chǎn)。通過對氣霧化工藝的精心優(yōu)化與持續(xù)創(chuàng)新，中體新材每月能夠穩(wěn)定產(chǎn)出超過十噸的3D打印純銅粉，為大規(guī)模生產(chǎn)提供了可靠的供應(yīng)保障。

根據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)Verifiedmarketreports發(fā)布的行業(yè)報告《Copper Powder for 3D Printing Market》，2022年3D打印銅粉市場規(guī)模為8.5億美元，預(yù)計到2030年將達到21億美元，2024年至2030年的復(fù)合年增長率為12.1%。

在當前廣闊的銅粉市場中，銅合金的應(yīng)用范圍更加廣泛，其中銅鉻鋯（CuCrZr）合金是典型的高強高導(dǎo)銅合金之一。在這種合金體系中，鋯（Zr）元素的含量對整體性能起著關(guān)鍵作用，能夠有效抑制晶粒生長，確保材料在高溫環(huán)境下仍具備良好的機械強度、硬度以及導(dǎo)電性。然而，在材料加工過程中，鋯元素極易發(fā)生燒損，使得合金成分比例的精確控制成為行業(yè)的一大難題。

金相塊光學圖像

中體新材成功突破這一瓶頸，開發(fā)出穩(wěn)定且精確的鋯成分控制技術(shù)，將鋯的含量范圍精確控制在0.1-1%之間，并將成分偏差嚴格限制在0.1%以內(nèi)。這一精準的成分控制技術(shù)確保了每一批次銅鉻鋯粉的性能一致性，為工業(yè)化應(yīng)用提供了穩(wěn)定的材料保障。

中體新材的高強高導(dǎo)銅鉻鋯合金粉（CNPC-CuCrZr 15-53μm）

• 流動性：具備出色的流動性，霍爾流速小于20S/50g，能夠滿足激光粉末床熔融（LPBF）的打印需求。
• 燒結(jié)活性：良好的燒結(jié)活性，使打印件具有較高的機械性能，適用于高性能部件制造。
  

樣品致密度測試

熱處理后的拉升性能測試

測試結(jié)果顯示，中體新材生產(chǎn)的銅鉻鋯（CuCrZr）合金粉具有優(yōu)異的性能表現(xiàn)：樣品維氏硬度平均值為175.3，致密度平均值超過99%；經(jīng)過熱處理后的抗拉強度達到584MPa，屈服強度為487MPa，延伸率為20%。目前，中體新材已具備每月生產(chǎn)數(shù)噸高品質(zhì)銅鉻鋯合金粉的穩(wěn)定產(chǎn)能，能夠為行業(yè)提供及時且可靠的材料供應(yīng)，滿足高端制造領(lǐng)域的需求。

多元化領(lǐng)域拓展：3D打印純銅及銅合金的廣泛應(yīng)用

隨著材料性能的提升和工藝的優(yōu)化，3D打印純銅及銅合金粉的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓展，其在多個高端制造領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力：

航空航天領(lǐng)域  

3D打印銅合金粉可用于制造復(fù)雜的航空發(fā)動機零部件和衛(wèi)星結(jié)構(gòu)件。例如：

• 航空電子設(shè)備外殼：利用銅合金的高導(dǎo)熱性，制造高性能散熱組件，確保設(shè)備在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運行。
• 衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)：通過輕量化設(shè)計和精確加工，提升天線的精度和性能，降低衛(wèi)星發(fā)射成本。
  

汽車制造領(lǐng)域  

在汽車制造中，3D打印銅合金部件可滿足關(guān)鍵零部件的高性能需求：

• 發(fā)動機缸體和散熱器：銅合金的優(yōu)異導(dǎo)熱性幫助提高發(fā)動機散熱效率，增強工作性能和可靠性。
• 制動系統(tǒng)：高強度和輕量化的銅合金材料有助于降低整車重量，提升燃油經(jīng)濟性和駕駛性能。
  

模具制造領(lǐng)域  

3D打印銅合金模具為工業(yè)生產(chǎn)帶來了更多可能：

• 復(fù)雜冷卻通道設(shè)計：3D打印可實現(xiàn)冷卻通道的一體化制造，提升模具的冷卻效率。
• 快速散熱：銅合金良好的導(dǎo)熱性縮短了成型周期，同時提高模具的使用壽命和生產(chǎn)效率。
  

醫(yī)療領(lǐng)域  

個性化醫(yī)療器械是3D打印銅合金材料的創(chuàng)新應(yīng)用：

• 植入物：根據(jù)患者解剖結(jié)構(gòu)和需求，制造高精度的關(guān)節(jié)假體、脊柱固定器等植入物。
• 抗菌性能：銅合金天然抗菌且具有良好的生物相容性，為患者提供更安全的治療效果和更快的康復(fù)體驗。
  

通過不斷提升材料性能和優(yōu)化制造工藝，3D打印純銅及銅合金粉在航空航天、汽車、模具制造及醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力將進一步釋放，為行業(yè)發(fā)展注入新的活力。展望未來，材料創(chuàng)新、工藝優(yōu)化和應(yīng)用拓展將成為推動3D打印銅合金粉持續(xù)發(fā)展的三大引擎。

作為金屬3D打印粉末材料的領(lǐng)頭羊，中體新材計劃進一步深化研究，探索更多新型銅合金元素的組合與配比，通過精準控制合金元素的添加量和表面改性工藝參數(shù)，不斷提升銅合金粉的激光吸收率和成形質(zhì)量。

與此同時，中體新材將致力于開發(fā)具有更高強度、更優(yōu)導(dǎo)電導(dǎo)熱性以及更強耐熱性能的銅合金材料。這些創(chuàng)新將為3D打印銅合金部件在更多領(lǐng)域的應(yīng)用奠定堅實的材料基礎(chǔ)，推動技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級。

2024年，綠激光3D打印迎來了設(shè)備廠商的集體入局。

圖片來源：Sintavia

純銅及銅合金因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和韌性，廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造、汽車和3C電子等領(lǐng)域。但純銅的高熱導(dǎo)率、高反射率和氧化敏感性，導(dǎo)致熱量擴散快、激光吸收效率低且易出現(xiàn)飛濺，給3D打印帶來技術(shù)挑戰(zhàn)。

因此，綠激光3D打印機成為解決這一難題的有效方案。綠激光的短波長相比近紅外激光對金屬具有更高的吸收率，是打印高反射金屬的更優(yōu)選擇。在常溫條件下，銅材料對1064nm近紅外激光的吸收率不足5%，而對532nm綠激光的吸收率可達40%，是傳統(tǒng)近紅外激光的8倍，有效提升了打印效率和質(zhì)量。

2024綠激光3D打印機競速賽：各大廠商火力全開

如今，基于綠光激光的LPBF設(shè)備已成功實現(xiàn)商業(yè)化。早在2018年，通快公司率先推出全球首款綠激光3D打印機TruPrint 1000綠光版，該設(shè)備配備515nm綠光激光器，能夠高效加工純銅、銅合金以及貴金屬等高反射性材料。隨后，在2022年，通快又推出新一代大型綠光3D打印機TruPrint 5000綠光版。

到了2023年，中國在綠激光3D打印設(shè)備的商業(yè)化進程中取得了重要突破。希禾增材率先推出XH-M160G設(shè)備，成為國內(nèi)首家、全球第二家成功商業(yè)化綠激光LPBF設(shè)備的廠商。2024年，希禾增材再次推出中大成型尺寸的XH-M350G設(shè)備。隨著希禾增材在綠激光SLM 3D打印領(lǐng)域一路高歌猛進，其他廠商也迅速跟進。

2024年5月，漢邦激光在TCT亞洲展上正式推出HBD S400G綠激光金屬增材制造設(shè)備，成型尺寸可達400×350×400mm。2024年7月，鉑力特也宣布推出全新綠激光技術(shù)方案，但具體機型尚未披露。緊接著，鐳明激光于12月宣布基于LiM-X系列SLM設(shè)備推出綠激光增材制造解決方案。

20億美元潛力銅粉市場：中體新材蓄勢崛起

隨著設(shè)備廠商的爭相入局，應(yīng)用成本有望逐步降低，這將進一步推動3D打印純銅及銅合金材料在航空航天、電子、醫(yī)療等高端領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。然而，想要在應(yīng)用端實現(xiàn)突破，除了設(shè)備的改進之外，材料的發(fā)展同樣是至關(guān)重要的因素。

以球形純銅粉為例，其存在極易氧化的問題，為確保打印部件具備優(yōu)異的導(dǎo)電性和良好的力學性能，需要采取有效措施，使其能夠在電子、電力等對導(dǎo)電性要求極高的領(lǐng)域中穩(wěn)定發(fā)揮作用。這不僅可以延長純銅部件的使用壽命，還能減少因氧化導(dǎo)致的性能衰退和材料損耗，從而顯著節(jié)省維護和材料更換成本。

為此，作為在3D打印金屬材料領(lǐng)域持續(xù)深耕的創(chuàng)新型企業(yè)，中體新材推出了球形純銅粉抗氧化技術(shù)，成功解決了純銅粉極易氧化的難題。該技術(shù)在純銅粉的生產(chǎn)、儲存、運輸以及3D打印全過程中形成一層穩(wěn)定且有效的保護膜，將氧含量嚴格控制在極低水平，從而確保純銅粉的高導(dǎo)電性與優(yōu)異性能。

同時，中體新材自主研發(fā)的AMP生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了3D打印純銅粉的規(guī)模化生產(chǎn)。通過對氣霧化工藝的精心優(yōu)化與持續(xù)創(chuàng)新，中體新材每月能夠穩(wěn)定產(chǎn)出超過十噸的3D打印純銅粉，為大規(guī)模生產(chǎn)提供了可靠的供應(yīng)保障。

根據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)Verifiedmarketreports發(fā)布的行業(yè)報告《Copper Powder for 3D Printing Market》，2022年3D打印銅粉市場規(guī)模為8.5億美元，預(yù)計到2030年將達到21億美元，2024年至2030年的復(fù)合年增長率為12.1%。

在當前廣闊的銅粉市場中，銅合金的應(yīng)用范圍更加廣泛，其中銅鉻鋯（CuCrZr）合金是典型的高強高導(dǎo)銅合金之一。在這種合金體系中，鋯（Zr）元素的含量對整體性能起著關(guān)鍵作用，能夠有效抑制晶粒生長，確保材料在高溫環(huán)境下仍具備良好的機械強度、硬度以及導(dǎo)電性。然而，在材料加工過程中，鋯元素極易發(fā)生燒損，使得合金成分比例的精確控制成為行業(yè)的一大難題。

金相塊光學圖像

中體新材成功突破這一瓶頸，開發(fā)出穩(wěn)定且精確的鋯成分控制技術(shù)，將鋯的含量范圍精確控制在0.1-1%之間，并將成分偏差嚴格限制在0.1%以內(nèi)。這一精準的成分控制技術(shù)確保了每一批次銅鉻鋯粉的性能一致性，為工業(yè)化應(yīng)用提供了穩(wěn)定的材料保障。

中體新材的高強高導(dǎo)銅鉻鋯合金粉（CNPC-CuCrZr 15-53μm）

• 流動性：具備出色的流動性，霍爾流速小于20S/50g，能夠滿足激光粉末床熔融（LPBF）的打印需求。
• 燒結(jié)活性：良好的燒結(jié)活性，使打印件具有較高的機械性能，適用于高性能部件制造。
  

樣品致密度測試

熱處理后的拉升性能測試

測試結(jié)果顯示，中體新材生產(chǎn)的銅鉻鋯（CuCrZr）合金粉具有優(yōu)異的性能表現(xiàn)：樣品維氏硬度平均值為175.3，致密度平均值超過99%；經(jīng)過熱處理后的抗拉強度達到584MPa，屈服強度為487MPa，延伸率為20%。目前，中體新材已具備每月生產(chǎn)數(shù)噸高品質(zhì)銅鉻鋯合金粉的穩(wěn)定產(chǎn)能，能夠為行業(yè)提供及時且可靠的材料供應(yīng)，滿足高端制造領(lǐng)域的需求。

多元化領(lǐng)域拓展：3D打印純銅及銅合金的廣泛應(yīng)用

隨著材料性能的提升和工藝的優(yōu)化，3D打印純銅及銅合金粉的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓展，其在多個高端制造領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力：

航空航天領(lǐng)域  

3D打印銅合金粉可用于制造復(fù)雜的航空發(fā)動機零部件和衛(wèi)星結(jié)構(gòu)件。例如：

• 航空電子設(shè)備外殼：利用銅合金的高導(dǎo)熱性，制造高性能散熱組件，確保設(shè)備在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運行。
• 衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)：通過輕量化設(shè)計和精確加工，提升天線的精度和性能，降低衛(wèi)星發(fā)射成本。
  

汽車制造領(lǐng)域  

在汽車制造中，3D打印銅合金部件可滿足關(guān)鍵零部件的高性能需求：

• 發(fā)動機缸體和散熱器：銅合金的優(yōu)異導(dǎo)熱性幫助提高發(fā)動機散熱效率，增強工作性能和可靠性。
• 制動系統(tǒng)：高強度和輕量化的銅合金材料有助于降低整車重量，提升燃油經(jīng)濟性和駕駛性能。
  

模具制造領(lǐng)域  

3D打印銅合金模具為工業(yè)生產(chǎn)帶來了更多可能：

• 復(fù)雜冷卻通道設(shè)計：3D打印可實現(xiàn)冷卻通道的一體化制造，提升模具的冷卻效率。
• 快速散熱：銅合金良好的導(dǎo)熱性縮短了成型周期，同時提高模具的使用壽命和生產(chǎn)效率。
  

醫(yī)療領(lǐng)域  

個性化醫(yī)療器械是3D打印銅合金材料的創(chuàng)新應(yīng)用：

• 植入物：根據(jù)患者解剖結(jié)構(gòu)和需求，制造高精度的關(guān)節(jié)假體、脊柱固定器等植入物。
• 抗菌性能：銅合金天然抗菌且具有良好的生物相容性，為患者提供更安全的治療效果和更快的康復(fù)體驗。
  

通過不斷提升材料性能和優(yōu)化制造工藝，3D打印純銅及銅合金粉在航空航天、汽車、模具制造及醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力將進一步釋放，為行業(yè)發(fā)展注入新的活力。展望未來，材料創(chuàng)新、工藝優(yōu)化和應(yīng)用拓展將成為推動3D打印銅合金粉持續(xù)發(fā)展的三大引擎。

作為金屬3D打印粉末材料的領(lǐng)頭羊，中體新材計劃進一步深化研究，探索更多新型銅合金元素的組合與配比，通過精準控制合金元素的添加量和表面改性工藝參數(shù)，不斷提升銅合金粉的激光吸收率和成形質(zhì)量。

與此同時，中體新材將致力于開發(fā)具有更高強度、更優(yōu)導(dǎo)電導(dǎo)熱性以及更強耐熱性能的銅合金材料。這些創(chuàng)新將為3D打印銅合金部件在更多領(lǐng)域的應(yīng)用奠定堅實的材料基礎(chǔ)，推動技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級。