海天增材｜绿光+纯铜打印，重构微通道液冷板制造工艺

纯铜的室温热导率约为 401 W/(m·K)，是铝合金的近两倍、不锈钢的十倍以上。对于液冷板而言，基板材料的热导率直接决定了从热源到冷却液的热传导效率——材料导热越好，温度梯度越小，均温性越佳。

此外，纯铜还具备优异的导电性、耐腐蚀性和可焊性，与半导体封装、功率模块的工艺兼容性远优于其他金属。可以说，纯铜是微通道液冷板的"最优解材料"，但长期以来也是增材制造的"最难打材料"。

铜在室温下对波长 1064 nm 左右的红外激光反射率极高（吸收率仅约 5%–10%），这意味着绝大多数激光能量被反射而非被材料吸收(如图3所示）。为了让铜粉熔化，不得不提高激光功率，但这又带来三个连锁问题：

• 熔池不稳定：高功率下熔池过热、飞溅严重，成形表面粗糙；

• 孔隙率偏高：匙孔效应不稳定，容易产生内部未熔合缺陷，直接降低导热和力学性能；

• 精细特征难成形：热影响区大，亚毫米级微通道的壁薄和尺寸精度难以控制。

行业内曾尝试通过优化扫描策略、使用铜合金等方式缓解，但都属于"在红外框架内打补丁"，没有触及吸收率这个底层变量。

绿光激光的波长约为 532 nm，处于铜的吸收峰附近。纯铜对绿光的吸收率可达约 40%，是红外光的 4–8 倍。这一物理特性的改变，带来了一系列工艺优势：

• 低功率即可稳定熔化：熔池更平稳，飞溅显著减少，表面粗糙度大幅降低；

• 致密度提升：稳定的熔池和匙孔意味着更低的孔隙率，致密度可达99.95%以上；

• 精细成形能力：热影响区更小，可以稳定成形壁厚0.15mm级别的薄壁和间隙0.1mm级别的微通道；

• 导热性能更接近锻态：致密度和微观组织的改善，使打印件热处理后热导率接近纯铜理论值。

绿光不是"更好的红外"，而是让铜的增材制造从"能不能打"进入"打得精不精"的新阶段。

联藕科技在高功率密度领域的热管理拥有深厚的系统集成经验和终端客户资源，其客户对液冷板的散热效率、均温性和可靠性提出了极高要求。传统工艺路线在面对异形流道、超薄壁厚以及集成化接口时已难以满足需求。

海天增材在绿光纯铜增材制造领域积累了完整的工艺参数包和质量控制体系，双方的能力恰好形成互补：联藕科技定义热管理需求与系统验证，海天增材负责材料工艺与打印制造，共同推进纯铜微通道液冷板从原型到量产的落地。

本次联合开发的液冷板围绕以下设计目标展开：

• 高换热效率：采用拓扑优化、晶格结构、叠层交错微通道结构，流道间隙低至0.1 mm，在有限面积内最大化换热面积；

• 薄壁高精度：通道最薄壁厚0.15mm，尺寸公差控制在0.1mm以内；

• 克服热点：金刚石铜底板嫁接纯铜微通道克服芯片局部热点问题，提升散热效率；

• 一体成形：流道、进出口接口、安装面一体打印，消除钎焊焊缝带来的泄漏风险和额外热阻。

整个制造流程经过多轮迭代优化，关键环节包括：

1. 拓扑优化与流道仿真：基于目标热流密度和压降约束，使用 CFD 仿真优化流道布局，确保流量分配均匀、无局部滞流区；

2. 绿光纯铜打印：采用海天增材C400M绿光激光粉末床熔融设备，优化激光功率、扫描速度、层厚和扫描策略，实现高致密度成形；

3. 去粉与清道：针对微通道内残留铜粉，开发专用去粉工艺，确保通道通畅无堵塞；

4. 热处理与性能调控：通过自主开发的热处理工艺优化微观组织，进一步提升导热和力学性能；

5. 精加工与检测：关键安装面 CNC 精加工，100% 进行流量测试。

以下为本次联合开发液冷板的关键测试结果（测试工况：进口水温 40 ℃）：

面向 CPU、IGBT、光模块等大热面场景｜受热面积 43.8 cm²

将绿光纯铜增材制造与传统液冷板工艺对比，优势体现在三个层面：

设计自由度：传统工艺受限于铣削刀具可达性和叠层结构，流道设计往往需要"为制造而妥协"。增材制造允许设计者从热管理最优出发，自由布局分叉流道、针肋阵列、渐变截面等复杂结构，真正实现"功能优先"的设计。

一体成形的可靠性：钎焊和扩散焊的封合界面始终是液冷板泄漏的高发区。一体打印消除了封合界面，从结构上根除了泄漏风险，同时避免了界面热阻，散热效率更优。

快速迭代与定制化：无需开模，从设计修改到打印验证仅需3周，特别适合研发阶段的快速迭代和小批量定制化需求。

本次联合开发的纯铜微通道液冷板可广泛应用于：

• 数据中心与算力：AI 芯片、高性能计算的液冷冷板；

• 半导体设备：光刻、刻蚀、薄膜沉积等设备中的精密温控台、静电卡盘冷却；

• 功率电子：IGBT/SiC 功率模块、逆变器、电机控制器的高效散热；

• 激光与光学：高功率激光器、激光二极管阵列的热管理；

• 新能源汽车：电驱系统、OBC、DC-DC 等核心部件的散热。