南极熊导读:金属3D打印纯铜零件导热,亚洲新材取得重大突破。
在热管理领域,纯铜一直被视为导热性能的黄金标准。无氧纯铜的导热系数理论值约为401 W/(m·K),长期以来,这几乎被认为是室温下材料性能的“天花板”。
然而,现在这个天花板被打破了。
2025年12月,南极熊获悉,亚洲新材料(北京)有限公司(以下简称“亚洲新材”)宣布,其高纯无氧铜粉末结合SLM技术制备的纯铜打印件,打印态实测导热系数最高达到了惊人的 442 W/(m·K)。这不仅超越了所有常规铜合金的性能,甚至比纯铜的认知理论极限值高出超过10%,标志着金属增材制造技术取得了一项里程碑式的突破。
一、超越极限:442背后的技术密码
传统认知中,3D打印(尤其是SLM技术)由于逐层熔凝的特性,难免在材料内部引入气孔、未熔合等缺陷,并产生晶界,这些都会严重散射传导热量的电子和声子,导致导热性能显著下降。通常,SLM打印的金属件性能很难达到锻轧材的水平。
那么,亚洲新材是如何实现“逆势超越”的?其核心在于对粉末制造全流程的极致控制:
1.极致的粉末起点:导热性能对杂质极度敏感。亚洲新材通过先进的雾化技术,将粉末的氧含量和杂质元素控制在极低水平,加之以良好的粒度分布和流动性,从源头上保证了材料的“纯净基因”。
2.稳定的工艺策略:亚洲新材团队通过工艺调配,实现了对高反射率铜粉的稳定、高效熔化,确保了熔池的均匀和稳定。
二、数据为王:401不是导热极限
3D打印纯铜导热的发布数据通常在340-395W/(m·K)左右,包括SLM、EBM、BJ等技术路线。但是其实数年前已有数据表明【1】,通过增材制造的纯铜导热系数可达到403、408、411,超过了401的理论上限,说明3D打印纯铜领域仍有很大的潜力可挖。以下为本次测试的三方原始报告与测试后样件。
三、应需而生:破解高端散热“热焦虑”
这项突破性技术的出现,恰逢全球高端制造业面临严峻的“热焦虑”。随着半导体产业进入埃米级制程,AI芯片单机功耗快速攀升,产生的热量呈指数级增长。传统的风冷散热已触及天花板,即便是在蓬勃发展的液冷领域,作为核心传热部件的热沉,其基础材料的导热性能也直接决定了整个系统的散热效率上限。
当前,散热设计正面临一个核心矛盾:复杂结构与最优材料的不可兼得。
传统制造可以加工高导热的纯铜,但无法制造出具有复杂随形流道、轻质点阵结构的高性能散热器;3D打印(SLM)能实现几乎任意复杂的设计,但以往受限于材料的散热极限,打印的纯铜部件导热系数仍有潜力可挖。
亚洲新材的442 W/(m·K)高导纯铜粉,正是破解这一矛盾的关键。它让设计师可以同时拥有纯铜的顶级导热性能和3D打印的无拘设计自由。无论是用何种散热单元,都可以在拓扑优化的基础上,用性能最优的材料一体成型,实现散热效率的几何级提升。
四、未来已来:重新定义散热设计的边界
导热系数442 W/(m·K)的纯铜打印件,不仅仅是一个数字的突破,它更开启了一扇新的大门:
对设备而言,意味着可以在更小的空间内处理更高的热流密度,为电子设备的进一步微型化和大功率化提供了基础。
对行业而言,它为下一代高热通量散热方案(如直接芯片冷却、超薄均热板)提供了全新的材料和选择方案,可能催生颠覆性的散热架构。
对制造本身而言,它证明了通过精密调控,增材制造不仅能“成形”,更能“成性”,甚至实现超越传统工艺的性能,这将对高性能部件的制造哲学产生深远影响。
从理论极限的追随者,到性能天花板的突破者,亚洲新材此次的技术发布,不仅展示了一组数据,更昭示了一个趋势:在算力狂奔的时代,散热材料技术的革新,正成为支撑未来科技发展的隐形基石。而442 W/(m·K),正是这个新时代一个响亮的序章。
参考文献
【1】Guschlbauer, R.; Momeni, S.; Osmanlic, F.; Körner, C. Process development of 99.95% pure copper processed via selective electron beam melting and its mechanical and physical properties. Mater. Charact. 2018, 143, 163–170.
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