Mai 16, 2018

Kupferteile in wenigen Minuten herstellen - Dorothee Quitter

Aufgrund technischer Herausforderungen war Kupfer bisher für den 3D-Druck nicht besonders geeignet. Die Entwicklung eines neuen Verfahrens könnte das nun ändern.

Von den ursprünglichen Münzen und Ornamenten bis hin zur heutigen Elektronikherstellung ist Kupfer nach wie vor ein beliebtes Material, da es nicht nur eine lange Lebensdauer und eine nicht korrosive Beschaffenheit aufweist. Es ist auch einer der besten Stromleiter, so dass es das Herzstück der meisten elektrischen Leitungen in Gebäuden und der Wicklungen in Elektromotoren ist. Weniger bekannt sind die antimikrobiellen Eigenschaften, die vor Insekten und Viren schützen, was Kupfer auch für die medizinische Verwendung qualifiziert.

Trotz der oben beschriebenen Vielfalt an Anwendungen hat sich Kupfer in einem immer wichtiger werdenden Bereich nicht durchgesetzt: dem 3D-Druck. Das liegt an der Vorgehensweise des üblichen 3D-Druckverfahrens durch Laserschweißen. Bei diesem Verfahren wird Metallpulver unter computergesteuerter Führung zusammengeschmolzen.

Neue Technologien für Kupfer erforderlich
Bei Kupfer ist dieser Prozess jedoch schwierig. Das hohe Reflexionsvermögen beim Auftreffen auf herkömmliche Infrarot-Faserlaser verhindert die Energieaufnahme und damit den Schmelzprozess. Außerdem leitet die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer die Wärme aus dem letzten Schmelzbad ab und verringert so die Effektivität des Verfahrens. Zwar gibt es bereits Verfahren, mit denen Kupfer verarbeitet werden kann, doch sind diese noch sehr teuer und daher nicht weit verbreitet. Dazu gehören das Elektronenstrahlschmelzen oder das vom Fraunhofer-Institut entwickelte Grünlaserstrahlschmelzen.

lTrennung von Partikeln mit Ultraschall
Ein Verfahren, das bei der additiven Fertigung von Kupferteilen nicht auf thermisches Schweißen setzt, ist die Supersonic 3D Deposition (SP3D) Technologie von Spee3d aus Australien. Der Druckvorgang erfolgt hier durch eine Raketendüse, die die Partikel auf die dreifache Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und an einem Trägermaterial befestigt, das an einem sechsachsigen Roboterarm hängt. Die kinetische Energie der Partikel lässt die Metalle zu einem sehr dichten Objekt verschmelzen. Seine metallurgischen Eigenschaften liegen bei etwa 80-95% des festen Materials. Das Aufbringen der 25-35 Mikrometer großen Metallpartikel erfolgt in etwa schichtweiser Ablagerung in der Reihenfolge, die das Druckprogramm für ideal hält. Die Geschwindigkeit beträgt 20 -100 g / min.

Konstruktionsmerkmale
Einschränkungen gibt es bei den Wandstärken, die mindestens 6 mm betragen müssen. Außerdem lassen sich dünne Löcher und Hohlräume nur schwer mit dem Drucker realisieren, weshalb die maschinelle Nachbearbeitung oft billiger und schneller ist. Wie andere additive Verfahren erlaubt auch SP3D Neigungen bis zu 45° ohne den Einsatz von Stützmaterial.

Die CAD-Datenübernahme (STL oder Step) erfolgt durch Einlesen in das Druckprogramm und die anschließende Konvertierung in den Druckprozess. Das Programm simuliert übrigens das zu druckende Element, so dass Sie mit fast 100% Genauigkeit sehen können, wie das fertige Stück am Ende aussieht.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig, da Kupfer leicht mit Aluminium und anderen Materialien kombiniert werden kann. Dadurch eignet es sich für eine breite Palette von Anwendungen, wie z. B. im Automobilsektor, wo es von Motorteilen bis hin zu Hochleistungskühlkörpern für elektrische und autonome Fahrzeuge eingesetzt werden kann. (Qui)

Artikel von: Dorothee Quitter
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