Der Leitfaden für den 3D-Druck mit Kupfer
Kupfer war schon immer ein herausforderndes Material in der additiven Fertigung. Seine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine der wertvollsten Eigenschaften von Kupfer, hat in der Vergangenheit Schwierigkeiten bereitet.
Dank des technologischen Fortschritts wird es jedoch immer einfacher, Kupferteile zuverlässig in 3D zu drucken. Dieser Durchbruch ermöglicht komplexere Geometrien, kürzere Vorlaufzeiten und niedrigere Vorlaufkosten als bei der herkömmlichen Fertigung.
Dieser Leitfaden befasst sich mit den Vorteilen, Materialien und Nachbearbeitungstechniken für den 3D-Druck von Kupfer und konzentriert sich dabei auf LPBF und die Arten von Kupferwerkstoffen, die in verschiedenen Branchen verwendet werden.
Vorteile des 3D-Drucks von Kupfer
Der 3D-Druck von Kupfer bietet mehrere Vorteile, insbesondere für die Automobil, Luft- und RaumfahrtElektronik- und Energieindustrie, wo die elektrischen und thermischen Eigenschaften von Kupfer von unschätzbarem Wert sind.
Hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit: Die hervorragende Leitfähigkeit von Kupfer ist ideal für Anwendungen, die eine effiziente Wärme- oder Stromübertragung erfordern, wie z. B. Wärmetauscher und elektrische Steckverbinder.
Komplexe Geometrien: LPBF ermöglicht komplizierte Konstruktionen, wie z. B. interne Kühlkanäle, die mit herkömmlichen Guss- oder Bearbeitungsmethoden nur schwer zu realisieren sind.
Materialeffizienz: Bei der additiven Fertigung wird nur das für das Teil benötigte Material verwendet, wodurch der Abfall minimiert und die Materialkosten gesenkt werden.
Schnellere Durchlaufzeiten: Da keine komplexen Werkzeuge erforderlich sind, wird der Produktionsprozess beschleunigt, was ihn ideal für die Herstellung von Prototypen und Produktionsteilen mit kurzen Durchlaufzeiten macht.
Flexibilität der Anwendung: Der 3D-Druck mit Kupfer ist in verschiedenen Branchen hilfreich, von Wärmetauschern für die Automobilindustrie über Kühlsysteme für die Luft- und Raumfahrt bis hin zu Elektronik und Hochleistungswerkzeugen für die Industrie.
Gängige Materialien für den 3D-Druck von Kupfer
Verschiedene Kupferlegierungen und reine Kupferwerkstoffe werden häufig für den 3D-Druck verwendet und bieten jeweils einzigartige Eigenschaften, die sie für bestimmte Anwendungen geeignet machen. Hier sind die beliebtesten Kupfermaterialien, die auf der MakerVerse Plattform verfügbar sind:
Reines Kupfer (CuCP)
Reines Kupfer ist bekannt für seine unvergleichliche elektrische und thermische Leitfähigkeit, die es zu einem unverzichtbaren Bestandteil von Elektronik, Wärmetauschern und Komponenten macht, die eine schnelle Wärmeableitung erfordern.
| CuCP | Streckgrenze Rp 0.2% | Höchstzugkraft Rm | Dehnung beim Bruch | Leitfähigkeit IACS (ASTM E1004-17) |
|---|---|---|---|---|
| Wert | 165-200 MPa | 235-255 MPa | 30-45 % | bis zu 100% |
Kupferlegierung CuCrZr
Diese Legierung kombiniert die Leitfähigkeit von Kupfer mit der mechanischen Festigkeit und Haltbarkeit von Chrom und Zirkonium. Aufgrund ihrer verbesserten Laserabsorption ist sie beim 3D-Druck einfacher zu verarbeiten als reines Kupfer.
| CuCrZr | Streckgrenze Rp 0.2% | Höchstzugkraft Rm | Dehnung beim Bruch | E-Modul |
|---|---|---|---|---|
| Wert | 160-200 MPa | 210-240 MPa | 40% | 90-110 GPa |
Kupferlegierung CuNi2SiCr
Diese Kupfer-Nickel-Legierung bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit und ist daher für raue Umgebungen geeignet. Sie bietet ein Gleichgewicht zwischen Leitfähigkeit, Haltbarkeit und Belastbarkeit.
CuNi2SiCr | Streckgrenze Rp 0.2% | Höchstzugkraft Rm | Dehnung beim Bruch | E-Modul |
|---|---|---|---|---|
| Wert | 190-250 MPa | 240-320 MPa | 32-39% | 80-100 GPa |
Nachbearbeitungstechniken für den 3D-Kupferdruck
Nachdem ein Kupferteil mit LPBF gedruckt wurde, Nachbearbeitung ist unerlässlich, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften und die Oberflächengüte zu erreichen. Im Folgenden werden die gängigsten Nachbearbeitungstechniken für Kupferteile vorgestellt:
Wärmebehandlung verbessert die mechanischen Eigenschaften von Kupfer und Kupferlegierungen. Es verbessert die Festigkeit, Haltbarkeit und Belastbarkeit des Bauteils und macht es so für Hochleistungsanwendungen besser geeignet.
Poliert: Durch das Polieren entsteht eine glatte, reflektierende Oberfläche. Dies ist besonders wichtig für Teile, die in sichtbaren oder stark beanspruchten Bereichen eingesetzt werden, wie z. B. Automobil- und Luft- und Raumfahrtkomponenten.
Gleitschleifen: Das Trommeln ist ein Endbearbeitungsverfahren, bei dem raue Kanten geglättet werden und das Teil eine gleichmäßige matte Oberfläche erhält. Diese Technik wird häufig für Teile mit komplexer Geometrie verwendet, bei denen es schwierig ist, alle Oberflächen von Hand zu polieren.
Lackiert: Durch die Lackierung erhalten Kupferteile eine zusätzliche Schutzschicht. Sie kann auch die Ästhetik des Teils für Produkte, die dem Verbraucher gegenüberstehen, oder für exponierte Komponenten verbessern.
CNC-bearbeitet: Nach dem Druck wird die CNC-Bearbeitung häufig für Teile eingesetzt, die enge Toleranzen und präzise Abmessungen erfordern. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass alle kritischen Merkmale wie Gewinde und Bohrungen den erforderlichen Spezifikationen entsprechen.
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