Fraunhofer IMWS forscht zum 3D-Druck hochwärmeleitfähiger Cu-Bauteile
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Fraunhofer IMWS forscht zum 3D-Druck hochwärmeleitfähiger Cu-Bauteile

Laser-Powder-Bed-Fusion
Fraunhofer IMWS forscht zum 3D-Druck hochwärmeleitfähiger Cu-Bauteile

Cu-Bauteile_druckt_das_Fraunhofer_IMWS_im_LPBF-Verfahren KME Germany
Hochwärmeleitfähige Cu-Bauteile als Hochleistungskühlkörper: Die Erforschung additiver Fertigungsmethoden mit Kupfer hat Zukunft
Bild: Fraunhofer IMWS
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(eve) Den Einsatz von additiven Fertigungstechnologien für hochwärmeleitfähige Cu-Bauteile – aus Kupfer und Kupferlegierungen – möchte das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, Halle, gemeinsam mit dem Kupferhalbzeughersteller KME Germany, Osnabrück, in einem neuen Projekt erforschen. Dadurch sollen neue Marktsegmente im Bereich der Kühlelemente für die Leistungselektronik erschlossen werden.

Das Verfahren der Wahl für Cu-Bauteile

Im Projekt »Technologie- und Materialentwicklung zur additiven Fertigung komplexer hochwärmeleitfähiger Cu-Bauteile – CuAdd« werden Verfahren der additiven Fertigung für metallische Bauteile bewertet, darunter Fused Deposition Modeling (FDM), Binder Jetting (BJ), Nano Particle Jetting (NPJ) und Laser-Powder-Bed-Fusion (LPBF). Bei diesen Technologien werden die Bauteile schichtweise generiert. Als Ausgangsmaterialien kommen dabei Kupfer- beziehungsweise Kupferlegierungen zum Einsatz, die als reines Pulver oder gebunden in Filamenten vorliegen. Unterschiede bei der weiteren Verarbeitung bestehen bei der prozessabhängigen Materialzuführung und bei der Verarbeitungstemperatur.

Das favorisierte Verfahren der Forschenden ist das Laser-Powder-Bed-Fusion (LPBF), da es bisher das erfolgreichste additive Fertigungsverfahren zur Prototypen-Fertigung metallischer Bauteile darstellt. Hier wird das Material in Pulverform in einer dünnen Schicht auf einer Grundplatte aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff wird definiert mittels Laserstrahlung bei Temperaturen über 1.000 °C vollständig umgeschmolzen und bildet eine feste Materialschicht. Danach wird die Platte abgesenkt und erneut Pulver aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten umgeschmolzen und das Bauteil fertig ausgebildet ist.

Warum Kupfer?

Kupfer ist ein Werkstoff mit einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit, die nur von Silber übertroffen wird. Silber als Werkstoff kommt aufgrund seines hohen Preises nur für einzelne Spezialfälle zur Anwendung.

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Im Gemeinschaftsprojekt werden die Kupfersorten Cu-ETP, Cu-OFE beziehungsweise Cu-HCP und die Kupferlegierungen CuCrZr und CuNi2SiCr getestet, wobei gleichzeitig die Kompatibilität unterschiedlicher Polymersysteme wie PLA (Polymilchsäuren) und PA (Polyamide) mit Kupfersystemen geprüft wird. Als Ergebnis soll ein Prototyp mit geometrisch komplexer Struktur mittels additiver Herstellungsverfahren gefertigt werden, der beispielsweise als Hochleistungskühlkörper eingesetzt werden kann.


Kontakt zu den Firmen

Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Walter-Hülse-Straße 1
06120 Halle
Tel.: +49 345 5589–0
E-Mail: info@imws.fraunhofer.de
Website: www.imws.fraunhofer.de

KME Germany GmbH
Klosterstraße 29
D-49074 Osnabrück
Tel.: +49 541 321–0
E-Mail: info-germany@kme.com
Website: www.kme.com


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