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Additive Fertigungsanlage Neuer 3D-Drucker kann erstmals reines Kupfer drucken

| Redakteur: Katharina Juschkat

Erstmals ist es Forschern gelungen, Bauteile aus reinem Kupfer additiv herzustellen. Das ermöglicht komplexe Geometrien, die Elektromotoren und Wärmetauscher verbessern können.

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Mit reinem Kupfer additiv zu fertigen war bisher nicht möglich – jetzt haben Forscher eine neue additive Fertigungsanlage mit grünem Laser angewandt.
Mit reinem Kupfer additiv zu fertigen war bisher nicht möglich – jetzt haben Forscher eine neue additive Fertigungsanlage mit grünem Laser angewandt.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Bisher war es nicht möglich, reines Kupfer additiv zu drucken – jetzt nutzen unter anderem Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden eine neue additive Fertigungsanlage, die mittels eines grünen Lasers Kupfer schmelzen und additiv aufbringen kann. Das ist vor allem für die Raumfahrt- und Automobilindustrie interessant, da komplexe Kupferbauteile die Effizienz von Elektromotoren und Wärmetauschern steigern.

Wie funktioniert die additive Fertigungsanlage?

Bislang versuchten Forscher, Kupfer mit infraroten Laserstrahlquellen bis 500 W zu schmelzen. Das ist nicht gelungen, da diese Laser nicht leistungsstark genug sind: Lediglich 30 Prozent der eingesetzten Energie erreichen das Kupfer, der große Rest wird von dem Metall reflektiert. Deshalb verwendeten die Forscher um Samira Gruber, die das Projekt betreut, einen grünen Scheibenlaser mit maximal 500 W: Hier absorbiert das Kupferpulver mehr als 70 Prozent der eingesetzten Energie und schmilzt damit vollständig, sodass es für die additive Fertigung eingesetzt werden kann.

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Mögliche Anwendungsbereiche von 3D-gedrucktem Kupfer

Kupfer leitet Wärme und Strom extrem gut, weshalb es vor allem in elektrischen Antrieben und als Wärmetauscher eingesetzt wird. Das ist natürlich auch bisher schon möglich: Kupferteile werden zerspant, geschmiedet oder gegossen. Aber die additive Fertigung ermöglicht völlig neue Geometrien, die bisher nicht erreichbar waren.

Mit hochkomplexen Geometrien lässt sich zum Beispiel die Kühlleistung von Kupferteilen erhöhen, indem der verfügbare Bauraum besser genutzt und damit die Lebensdauer der gekühlten Bauteile verlängert wird. Die Kühlkanäle werden so konstruiert, dass Gase oder Flüssigkeiten möglichst druckverlustarm fließen können und komplexe Rippengeometrien die wärmeaufnehmende Oberfläche vergrößern. Das ermöglicht effizientere Elektromotoren und neue Kühlkörper in der Leistungselektronik. Auch Anwendungen in der Spulen- und Induktorenfertigung sind denkbar.

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