3D-Druck von hochleitfähigem Kupfer

Werkstoffe 3D-Druck von hochleitfähigem Kupfer

12.11.2018Redakteur: Maximiliane Reichhardt

Heraeus hat das Material und den Prozess für den 3D-Druck von hochleitfähigem Kupfer optimiert. So eröffnen sich neue Anwendungsfelder für das Fertigungsverfahren: von Komponenten in Mobilfunkgeräten oder Unterhaltungselektronik bis zur E-Mobility.

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Ein Materialexperte bei der Prüfung eines additiv gefertigten Rillenhornstrahlers aus mikrolegiertem Kupfer.
(Bild: Wolfgang Hartmann, Heraeus)

Der Material- und Fertigungsspezialist Heraeus hat auf einem Standarddrucker das Material und den Prozess für den 3D-Druck von hochleitfähigem Kupfer optimiert. Der Technologiekonzern produziert nach eigenen Angaben Bauteile mit einer Dichte von 99,8 % des Vollmaterials und einer Leitfähigkeit von circa 95 % IACS (International Annealed Copper Standard). Marktüblich sind etwa 85 % IACS. „Mit diesem Qualitätsschub ist die additive Fertigung von hochleitfähigen Kupferbauteilen jetzt in vielen Industriebereichen möglich“, sagt Tobias Caspari, Leiter von Heraeus. Dieser Fortschritt sei ausschlaggebend für das Fertigungsverfahren von Komponenten in Mobilfunkgeräten oder Unterhaltungselektronik bis zur E-Mobility. Die Beschaffung von Ersatzteilen soll sich nun von mehreren Monaten auf wenige Tage reduzieren.

Leitfähigkeit des Kupfers soll weiter steigen

Fertigungstoleranzen sind bei konventionellen Verfahren oft zu hoch, um die Reproduzierbarkeit in besonders sensiblen Prozessen zu erreichen – etwa bei Produkten für anspruchsvolle Kühlkörper oder die Laserübertragung. „Auch dieses Problem haben wir gelöst. Wir arbeiten nun daran, dass wir die Leitfähigkeit des mikrolegierten Kupfers noch weiter erhöhen und unsere Erkenntnisse auf andere Standardanlagen übertragen.“ Die Anpassung sei notwendig, weil sich die Anlagen unterschiedlicher Hersteller anders verhalten.

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Konventioneller 3D-Druck von reinem Kupfer ist unmöglich

Die Herausforderung für die Material- und Prozessentwickler: Kupfer ist sehr leitfähig und gut formbar. Die bei Standardanlagen verwendete Laserwellenlänge reflektiert das Element jedoch fast wie ein Spiegel. Gleichzeitig bewirkt die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupfers, dass die eingekoppelte Energie schnell abgeführt wird. Daraus resultiert ein sehr enges Prozessfenster – diese Eigenschaften verhindern den konventionellen 3D-Druck von reinem Kupfer.

Präsentation der Neuentwicklung auf der Formnext

Auf der Formnext 2018 will Heraeus seine Neuentwicklung präsentieren und 3-D-gedruckte hochleitfähige Kupferbauteile zeigen. Weitere Highlights sollen für die Bereiche Mobilität, Elektronik, Robotik und Hydraulik, Medizin sowie Luft- und Raumfahrt relevant sein.

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