3D打印纯铜：电化学沉积增材制造的原理，潜在应用非常可观

电化学沉积增材制造(ECAM)是一种完全不同的金属3D打印技术，可生产出高质量零件，具有优秀的特征分辨率和经济性，且可在高分辨率下实现可扩展大规模生产。

1. 电化学增材制造的原理

以Fabric8Labs公司开发的电化学3D打印技术为例，它基于现有显示技术构建了专用电极阵列，每个打印头包含超过2亿个微观像素，这些像素由打印算法单独控制。它使用带电金属离子的液体溶液作为原料，打印过程中类似于DLP工艺，通过激活打印头上的像素，可产生局部电场，驱动金属离子快速沉积到构建板上，通过调整打印头上活动像素的图案或图像来实现复杂的几何形状沉积，闭环反馈回路还可监控每个像素的构建。利用基于阵列的打印方法，确保零件质量并能够提供零件认证记录。

Fabric8 Labs电化学增材制造原理

通过激活整个打印头的区域，可以同时构建多个高分辨率零件，直接从打印机生产功能零件，无需昂贵的后处理及热处理过程。

2. 为多行业带来新的解决方案

由于金属是以逐个离子的形式沉积的，这使得该工艺能够产生极其精细的特征，目前典型的层厚在10至50微米范围内。该工艺尤其适合于打印纯铜，因此成为小型、精细的冷却板，热交换器、射频天线和类似设备的有前景的新增材制造工艺。 

如今，半导体行业依赖于通常锻造或车削工艺制造的冷却板和其他冷却装置。这些工艺仅限于生产规则的翅片，这些翅片只能在一个方向上制作，并且在可以填充这些特征的几何形状方面受到限制。

电化学沉积3D打印的铜结构

但除了制造挑战之外，以传统方式制造的热管理设备的表面积和可提供的冷却量也受到限制。3D打印不仅提供了一种增加表面积和粗糙度以实现更好散热的方法，而且还为复杂的液冷板和热交换器制造提供了一条途径，可显著提高性能。

3. 打印速度快，可扩展实现大规模制造

ECAM 构建通常只需要几个小时，具体取决于零件高度和几何形状；例如，一台打印机可以在大约三个小时内生产四块冷板。打印完成后，零件在机器内用去离子水冲洗。在许多情况下，零件从可重复使用的构建平台上移除后就完成了，但它们也可以根据需要进行电镀、钝化或机加工。

该冷板展示了电化学3D打印相对于车削的优势：有机会以正确的形状（包括圆形）制造这些板

Fabric8Labs 的三位联合创始人开发该技术时的目标是让金属增材制造变得更容易，并且电化学增材制造比基于粉末或线材的工艺带来了许多优势。与这些工艺相比，基于该工艺的设备功耗较低，使其更具可持续性。用作原料的电解质溶液比金属粉末更安全、更容易处理，并且可以在不需要完全封闭或惰性气体的情况下进行打印。室温过程也提高了操作员的安全性。而且，液体原料为大规模 3D 打印提供了好处，包括有机会从一个大型集中式储罐供应多台打印机，在该储罐中始终保持适当的材料水平。 

具有螺旋几何形状的射频设备

该机器相对简单的设计使 Fabric8Labs 可以轻松快速扩展到约20台打印机的生产线，并且该公司计划在 2024 年将其生产设施增加到250台。这种快速增长反映了该公司在半导体领域的潜在增长能力，其可提供的解决方案的成本与传统制造以及现有的3D打印工艺产生了直接竞争。

4. 高精度微纳加工，可制造多材料结构

电化学沉积增材制造技术以离子的方式进行沉积，更有利于实现微纳加工。该过程不会产生残余应力、应变，加工零件表面质量较好。除此之外，电化学增材制造工艺还能将多种金属熔合在一起，这使科学家们可以尝试不同的材料组合，并探索单一金属结构中难以实现的技术。

电化学3D打印的针翅散热器

根据Fabric8 Labs公司官网相关信息，电化学增材制造是一种室温金属3D打印技术，无需热处理即可生产复杂、致密的金属部件。该技术能够制造具有微米级特征、复杂内部特征、高纯度材料的零件，同时具有快速可扩展、支持大规模制造的特点。Fabric8 Labs正致力于通过提供取代传统制造的先进制造服务来拓宽金属增材制造的市场。