上海
基于选区激光熔融（LPBF ）金属3D打印技术的铜增材制造工艺窗口正在被系统性打开。业界已围绕铜对近红外激光的高反射瓶颈，探索了高功率红光设备、绿光/蓝光短波长方案、面向常规红光增材制造设备优化的铜粉多条解决路径。
当单材料铜打印逐步迈入工程化阶段时，一个更具前沿性的探索浮现出来：能否直接在陶瓷、PCB 等异质基板上，通过LPBF 3D打印逐层制造出铜结构？
3D科学谷注意到，英国伍尔弗汉普顿大学（University of Wolverhampton）的学者分享了他们开展的研究，指向的正是这一方向。
© John Robinson
在陶瓷基底上打印铜
伍尔弗汉普顿大学团队分享的实践，属于在异质基板上的单材料打印，将预制好的氧化铝陶瓷基板置入LPBF 3D打印设备作为构建平台，将铜金属粉末材料打印到该基板上。
研究团队在开展的早期试验中观察到了一个值得关注的现象：3D打印件的几何形状会显著影响界面处的局部能量输入与热积累。
同一组工艺参数下，薄壁结构与厚块体呈现出截然不同的界面行为。
薄壁铜结构热容小、散热路径短，激光输入的热量可较快地向周围及下方陶瓷基板扩散，界面温升相对可控；厚块体则因热量在局部持续积聚，铜层温度持续升高，经热传导至下方陶瓷基板后，更易在陶瓷侧诱发热应力裂纹。
这一现象的根源在于陶瓷基底的热物理特性。与常规金属基板相比，氧化铝陶瓷的热导率较低、热膨胀系数也远小于铜，这意味着,铜金属层的熔池温度高、冷却快，熔化态吸收率骤升导致能量输入呈非线性变化，而陶瓷侧热量传导慢、温升滞后，但在厚截面区域会因持续热流而产生较大的温度梯度与热应力。
团队由此得出的结论是，在异质基板的增材制造中，能量输入策略、零件几何设计与界面质量三者必须被作为一个耦合系统来考虑。薄壁与厚块不能用同一套参数一刀切。
从小于400W的铜增材制造策略到光束整形
要理解团队为何选择这条路径，需要回到其技术积累的原点。
伍尔弗汉普顿大学是英国最早开展金属LPBF 增材制造研究的学术机构之一，自1999年起即与EOS合作，早期聚焦于钛合金与钢的成形工艺。而团队成员John Robinson的毕业论文，则首次实现了低于400W激光功率下的纯铜LPBF成形。在当时高功率光纤激光器尚未普及的背景下，这一低功率策略旨在通过精细的参数窗口控制，在有限的能量输入条件下建立稳定的铜熔池。
如今，这一思路被延续到异质基板场景。团队正联合过程控制软件企业Dyndrite，增材制造设备企业EOS/AMCM，与提供光束整形激光技术的nLIGHT公司，通过AMCM Flex M290设备搭载的nLIGHT AFX 可编程激光器，对能量输入的方式、位置与空间分布进行更精细的调控。
据公开技术资料，nLIGHT AFX 激光器可在七种光束轮廓之间动态切换：从85μm的精细单点光斑，到210μm的环形轮廓。这种按需变形的能力，使得团队可以在铜主体区域使用高能量密度保证熔深与致密度，同时在靠近陶瓷界面的过渡区域，快速切换为更柔和、更分散的能量分布。这就相当于在微观尺度上实现对热输入的空间编程，从而在不牺牲铜层质量的前提下，降低对陶瓷基板的热冲击。
不止于陶瓷
氧化铝陶瓷并非这项技术的唯一应用场景。研究团队成员在分享中还提到团队此前已开展过在PCB基板上直接3D打印铜散热器的研究。对于功率电子、通信模块等需要导电结构与绝缘基板相集成的领域，这种直接制造技术有望减少后道蚀刻、电镀或钎焊工序。
更长远的布局在于材料体系。据EOS官方披露，伍尔弗汉普顿大学正在研发的铜-金刚石复合材料,并且目前该已进入专利阶段。金刚石的热导率约为铜的四倍，密度仅为铜的一半，通过调控两者的比例与空间分布，有望为电动汽车功率模块、高功率激光器等场景提供轻质、高性能的热管理解决方案。该大学近期还成立了光束整形增材制造卓越中心（Centre of Excellence for Shaped Laser Additive Manufacturing）,通过光束整形增材制造技术等前沿手段，攻克以铜为代表的高反射、高导热材料在激光粉末床熔融（LPBF）工艺中的加工难题。
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