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Kupferdruck 3D Druck von Kupfer per Materialextrusion

| Redakteur: Stefan Guggenberger

Die Additive Fertigung von Edelmetallen wie Kupfer ermöglicht vielversprechende Anwendungen, die Umsetzung ist bisher allerdings komplex. Nun druckt Markforged erstmals reines Kupfer per Materialextrusion.

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Kupfer ist mit seiner Leitfähigkeit selbstverständlich für die Elektronikindustrie interessant.
Kupfer ist mit seiner Leitfähigkeit selbstverständlich für die Elektronikindustrie interessant.
(Bild: © Markforged)

Die additive Fertigung von Kupfer eröffnet neue Anwendungsgebiete. Beispielsweise profitieren Bauteile mit integrierter Elektronik für die Industrie 4.0 von der großen Designfreiheit des 3D-Drucks. Allerdings ist das Handling von Kupfer nicht zu unterschätzen: Die positiven Materialeigenschaften wie Leitfähigkeit und Duktilität bringen auch Nachteile mit sich. Um diese zu umgehen, hat Markforged nun ein Verfahren entwickelt, welches mittels Materialextrusion zu > 99,8 % reines Kupfer erzeugt.

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Schwierigkeiten bei der Verarbeitung von Kupfer

Bei der additiven Fertigung von und mit Kupfer gibt es ein wichtiges Problem für Anwender und Entwickler: Die hohe Leitfähigkeit und Duktilität von Kupfer sorgt dafür, dass die Laserwellen bei den meisten Verfahren vom Material reflektiert werden, wie bei einem Spiegel. Außerdem führt die hohe Leitfähigkeit des Kupfers dazu, dass Wärmeenergie schnell abgeführt wird und dadurch das Prozessfenster sehr eng wird. Die genannten Materialeigenschaften machen es also schwierig, Kupfer mit üblichen laserbasierten Verfahren zu bearbeiten. Zum Beispiel nutzen SLM und SLS in der Regel rote Laserstrahlen, um das Material aufzuschmelzen. Da rote Laser von Kupfer aber stark reflektiert werden, weisen die Bauteile oft eine höhere Porosität auf. Für die Qualitätssicherung bei SLM-Bauteilen ist es außerdem wichtig, einen gleichmäßigen Kühlprozess zu garantieren, was mit schnell abkühlenden Kupferteilen nur eingeschränkt möglich ist.

Materialextrusion ermöglicht Druck mit reinem Kupfer

Die elektrische Leitfähigkeit des Markforged Kupfers im vergleich zu anderen üblichen Materialien.
Die elektrische Leitfähigkeit des Markforged Kupfers im vergleich zu anderen üblichen Materialien.
(Bild: upmet.com)

Um die Probleme des 3D-Drucks von hochleitfähigem Kupfer mit pulverbettbasierten Verfahren wie SLM zu umgehen, hat Markforged nun ein neues System entwickelt: Der Metal X Drucker soll die Vorteile der Materialextrusion (FDM) mit denen des Metalldrucks verbinden. Laut Unternehmensangaben kann die Anlage zu > 99,8 % reines Kupfer verdrucken. Dabei sind die Materialeigenschaften, also die thermische und elektrische Leitfähigkeit und hohe Duktilität, für industrielle Anwendungen geeignet sein. Für Anwender dürfe besonders interessant sein, dass es sich um ein Extrusionsverfahren handelt, womit die komplexe Prozesssteuerung von pulverbasierten Laserverfahren entfällt. Wie bei Extrusionssystemen üblich, benötigen die Anwender nur eine Filamentspule, um den Druck zu starten.

Nach dem Druck wird das fertige Teil gewaschen, womit der Wachsanteil entbunden wird. Anschließend wird das Bauteil im Sinterofen gebacken. Durch das Sintern wird der verbleibende Rest des Bindemittels thermisch entfernt und die endgültigen Bauteileigenschaften erreicht. Das neue Verfahren ist bei Mark3D erhältlich, dem europäischen Partner für Anwendungen und Drucker von Markforged.

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