In wenigen Minuten Kupferteile herstellen - Dorothee Quitter

16. Mai 2018

Aufgrund technischer Herausforderungen war Kupfer bisher für den 3D-Druck nicht sehr geeignet. Die Entwicklung eines neuen Prozesses könnte dies jetzt ändern.

Von der Originalmünze und den Ornamenten bis zur heutigen Elektronikfertigung bleibt Kupfer ein beliebtes Material, da es nicht nur eine lange Lebensdauer und eine nicht korrosive Textur aufweist. Es ist auch einer der besten Stromleiter und damit das Herzstück der meisten elektrischen Leitungen in Gebäuden und Wicklungen in Elektromotoren. Weniger bekannt sind die antimikrobiellen Eigenschaften, die vor Insekten und Viren schützen und Kupfer auch für medizinische Zwecke qualifizieren.

Trotz der Vielzahl der oben beschriebenen Anwendungen war Kupfer in einem immer wichtiger werdenden Bereich nicht erfolgreich: dem 3D-Druck. Dies ist auf das Verfahren des üblichen 3D-Druckprozesses durch Laserschweißen zurückzuführen. Bei diesem Verfahren wird Metallpulver unter computergesteuerter Anleitung zusammengeschmolzen.

Neue Technologien für Kupfer benötigt
Für Kupfer ist dieser Prozess jedoch schwierig. Das hohe Reflexionsvermögen beim Auftreffen auf einen herkömmlichen Infrarotfaserlaser verhindert die Absorption von Energie und damit den Schmelzprozess. Zusätzlich leitet die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer die Wärme aus dem letzten geschmolzenen Bad ab und verringert somit die Wirksamkeit des Prozesses. Es gibt zwar bereits Methoden, mit denen Kupfer verarbeitet werden kann, diese sind jedoch immer noch sehr teuer und daher nicht weit verbreitet. Dazu gehören das vom Fraunhofer-Institut entwickelte Schmelzen von Elektronenstrahlen oder grünen Laserstrahlen.

Ultraschalltrennung von Partikeln
Eine Methode, die für die additive Fertigung von Kupferteilen nicht auf thermischem Schweißen beruht, ist die Supersonic 3D Deposition (SP3D) -Technologie von Spee3d aus Australien. Der Druckvorgang wird hier von einer Raketendüse ausgeführt, die die Partikel auf die dreifache Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und an einem Trägermaterial befestigt wird, das an einem sechsachsigen Roboterarm hängt. Die kinetische Energie der Partikel bewirkt, dass die Metalle zu einem sehr dichten Objekt verschmelzen. Seine metallurgischen Eigenschaften betragen ungefähr 80-95% des festen Materials. Das Aufbringen der 25-35 Mikron Metallpartikel erfolgt in ungefähr geschichteter Abscheidung in der Reihenfolge, die das Druckprogramm für ideal hält. Die Geschwindigkeit beträgt 20 - 100 g / min.

Design-Merkmale
Konstruktionsbeschränkungen gelten für Wandstärken, die eine Mindestdicke von 6 mm haben müssen. Darüber hinaus sind dünne Löcher und Hohlräume für den Drucker schwierig zu implementieren, weshalb die maschinelle Nachbearbeitung häufig billiger und schneller zu implementieren ist. Wie andere additive Verfahren ermöglicht auch SP3D Steigungen von bis zu 45 ° ohne Verwendung von Trägermaterial.

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

Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig, da Kupfer leicht mit Aluminium und anderen Materialien kombiniert werden kann. Dies macht es für eine breite Palette von Anwendungen geeignet, beispielsweise für den Automobilsektor, wo es von Motorteilen bis zu Hochleistungskühlkörpern für elektrische und autonome Fahrzeuge eingesetzt werden kann. (Qui)

Artikel von: Dorothee Quitter
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