铜、钻石和光束成型如何为3D 打印带来变革

2025 年 5 月 15 日 | 阅读时间：5 分钟

 

在一集引人入胜的添加剂零食播客中，主持人 Fabian Alefeld 与英国伍尔弗汉普顿大学的三位重要人物进行了内容丰富的讨论：Arun Arjunan 教授、AM 商业化经理 John Robinson 和知识交流助理 Manpreet Singh。

这次对话揭示了该大学令人印象深刻的 25 年增材制造 （AM）历程，展示了其开创性研究、重要的产业合作以及对劳动力发展的承诺。

创新传统：激光粉末床熔融技术 25 年发展历程

伍尔弗汉普顿大学是最早开展激光粉末床熔融技术的学术机构之一，于 1999 年开始这项工作。阿伦-阿朱南教授详细介绍了该大学的悠久历史（主要集中在金属领域），以及在为具有挑战性的材料创建工艺参数方面所积累的专业知识。其早期成就包括在用于航空航天和赛车运动的打印 钛方面的开创性工作。

约翰-罗宾逊（John Robinson）的大学之旅始于 2009 年，他分享了自己使用一系列 EOS 机器的亲身经历，从早期的 EOS M 250 到 EOS M 290以及最近的AMCM NLight 系统。

他强调了伍尔弗汉普顿大学在首批加工钛金属方面的作用，这需要对 EOS M 270 机器进行特殊调整。罗宾逊的职业道路包括在捷豹路虎（Jaguar Land Rover）和库克森黄金公司（Cookson Gold）（为贵金属开发激光参数）的工作经历，最终他回到了伍尔弗汉普顿，专注于开发铜和银的参数，这些材料因其对红外激光的反射性具有挑战性而闻名。

特尔福德校区，工程学

突破界限：从铜到铜金刚石复合材料

整个讨论的一条重要线索是该大学在高导电性材料（尤其是铜）方面的开创性工作。

约翰-罗宾逊（John Robinson）在铜银合金方面的毕业论文研究首次实现了使用低于 400 瓦特的铜进行打印 。在与电池制造商 AceOn 的知识转让合作中，这一专业知识被证明是非常宝贵的。大学团队开发出了具有三周期最小表面 (TPMS) 特征的增材制造 铜散热器。这些经过优化的散热器大大改善了电池组的热管理，尤其是在高环境温度环境下。

随后，话题转移到一种更为新颖的材料：铜-钻石复合材料。约翰-罗宾逊解释说，这项正在申请专利的研发成果源于与钻石涂层工艺专业公司Diamond Hard Surfaces 的合作。

金刚石的密度只有铜的一半，但导热性却比铜高出四倍，这为电动汽车等应用领域的轻质、高性能热管理解决方案提供了巨大潜力。最重要的是，金刚石是电惰性的，这意味着通过控制铜与金刚石的比例，可以为特定应用定制热性能和电性能，例如为仍需要高效散热的电子设备定制绝缘体。

值得注意的是，罗宾逊提出，这种复合材料并不像雾化铜那样昂贵，它具有更好的导热性和有趣的电气性能，而且成本和重量可能更低。Arjunan 教授强调说，这种材料不仅是替代品，而且是解决技术发展基本障碍的方案，可以使电子设备更小、更轻、更强大。

卓越中心：塑造 AM 的未来

伍尔弗汉普顿大学（University of Wolverhampton）最近成立了 增材制造卓越中心（Center of Excellence for增材制造），准备解决目前 增材制造技术的主要局限性。该中心的主要技术重点是 "形状激光粉末床熔融"（SLPBF），利用创新的 NLight 激光器，可以改变光束轮廓，从单个光斑到环形。

这就好比在喷漆时，用小刷子刷边角，用滚筒刷大面积，这样就能在需要的地方刷出精细的细节，而在较大的区域则能显著提高成型速度（光斑直径可能增加 200%）。该中心的目标是扩展其既定的工艺参数开发方法，将生产率和成本作为关键变量与质量和密度结合起来。

在材料方面，中心将集中研究高导电性材料，充分利用他们在低功率铜打印方面的成功经验。第二个支柱是多材料打印，将导电金属与绝缘体结合起来，铜-金刚石就是一个很好的例子。第三个支柱是热电材料。如果能利用设计自由度对这些材料进行增材制造，它们就能成为可行的能量收集器或先进的热交换器，从而影响下一代计算、国防和电动汽车，使散热成为限制因素的更小、功率密度更大的电动马达成为可能。

工业影响和劳动力发展

Manpreet Singh 强调了该大学致力于将其研究成果商业化，并为业界提供 AM 系统。该校积极寻求与本地和全国各行业的知识交流伙伴关系和合作，如汽车、电池制造和医疗保健（例如，具有 TPMS 结构的钴铬病人专用植入物）。

认识到 AM 领域的技能差距，该大学开设了学术课程和持续进步发展课程。这些课程是与EOS Additive Minds 等实体合作开发的，可满足从没有 AM 背景的初学者到寻求EOS M 290 机器等先进系统实训的人员等不同技能水平的需求。

这一举措旨在提高劳动力的技能，使各行业有信心采用 AM 技术。约翰-罗宾逊补充说，AM已被大量纳入其他学位课程，目前正在讨论开设专门的AM硕士课程。博士研究也与这些先进项目密切相关，包括研究铜-钻石材料的学生，以及计划中的钽和钼形状激光开发博士生。

更广阔的愿景：为可持续和有韧性的未来而努力

讨论还涉及 AM 在可持续发展、轻量化方面的作用，以及重新分布式制造的潜力。Arjunan教授强调了AM如何能在微米/亚微米尺度上创造出具有针对性能的超材料，这对下一代医疗保健设备（如模仿自然骨骼性能的病人专用植入物）至关重要。他还设想，AM 是一种能够制造目标材料的技术，材料的性能取决于激光与材料的相互作用，而不仅仅是几何形状，这有可能给热交换器和电子元件带来革命性的变化。

展望未来，该团队认为，AM 对于重新定位和分布式制造至关重要，它允许在全球范围内进行设计和材料开发，同时在消费地附近进行制造。

伍尔弗汉普顿大学的综合方法--从基础材料科学和工艺开发到工业应用、劳动力教育，以及通过参与英国标准和 AMTA AM 小组来影响政策--使其成为推动 AM 领域发展的重要力量，不仅在英国如此，在全球也是如此。

特尔福德校区，工程学

连接并了解更多信息：

有兴趣进一步了解伍尔弗汉普顿大学的工作或与该团队联系的人士：

收听Additive Snack Podcast 全集。