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在3D打印散热应用中，首选的材料一定是纯铜吗？
笔者发现，希禾增材对此的回答是否定的。因为，纯铜虽具有相比其他绝大多数金属都更高的导热系数，但它的密度却达到了8.9g/cm³，是铝合金的约3.3倍。
在航空航天、电动汽车、机器人等对重量非常敏感的应用场景中，工程师更看重的并非是绝对导热系数，而是比热导率，也就是单位密度的导热能力。
对于3D打印的纯铜和AlSi10Mg铝合金来说，是否进行热处理对导热系数的影响非常大。这是因为材料的导热性受相分布、孔隙率及热处理状态的显著影响。
希禾增材的数据显示，3D打印的AlSi10Mg在经热处理后，单位密度的导热指数为69.3，而工业纯铜仅为43.6，因此是实现轻量化散热设计的理想材料。
LPBF工艺3D打印AlSi10Mg的微观结构
铝合金在3D打印过程中的快速熔化和凝固过程，会形成特殊的微观结构，如晶界处分布着纳米尺度的硅网络，热应力导致位错密度很高，硅在铝基体中形成过饱和固溶体等。这些微观结构缺陷会散热声子和电子，导致打印态的AlSi10Mg导热系数只有90W/m·K。
为了使 AlSi10Mg在热管理领域发挥作用，就需要对其进行热处理。根据希禾增材的数据，零件在在300°C下退火2小时，就会改变其微观结构：硅网络发生粗化，固溶体分解，位错密度降低。这相当于为电子的传输扫清了障碍。
3D打印AlSi10Mg经热处理后的微观结构
结果就是，热处理后的AlSi10Mg导热系数提升至185W/m·K，但是其抗拉强度会损失大约10-15%。不过，这对于冷板和换热器此类部件来说，这个代价是值得的。
因此，选择哪种材料制作散热器，取决于使用条件。在更关注产品重量而且热量适中的环境下，AlSi10Mg是更好的选择；而对于那些局部热量超过铝合金物理极限的应用，纯铜则是更好的选择。
对于AlSi10Mg的LPBF工艺3D打印来说，其对绿激光的吸收率仍然要高于红外激光。这使绿激光在加工效率、表面质量和细节精度上有显著优势，这种优势最终也会体现在超薄散热片和复杂微流道的制造能力上。
笔者注意到，希禾增材展示的一个铝合金散热器，体现了3D打印在制造复杂结构方面的优势。
这款散热器包含随形冷却流道、微结构鳍片和晶格结构，最小壁厚仅0.3mm，采用3D打印一体成型，36小时即打印完成。而传统加工技术通常需要2个月，涉及多种工艺组合和环节，产品还存在漏液风险。可以看出，3D打印的优势非常明显。
注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。
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