Das IMWS (Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen) kooperiert mit dem Kupferhalbzeughersteller KME in einem gemeinsamen Projekt an der Entwicklung von hochwärmeleitfähigen Bauteilen aus Kupfer, mit dem Ziel, neue Marktsegmente im Bereich der Kühlelemente für die Leistungselektronik zu erschliessen.

Das Projekt soll helfen, Verfahren der additiven Fertigung für metallische Bauteile zu bewerten, 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 Laser-Powder-Bed-Fusion (LPBF) ist das favorisierte Verfahren der Forschenden, da es bisher das erfolgreichste additive Fertigungsverfahren zur Prototypen-Fertigung metallischer Bauteile darstellt.

Das Laser-Powder-Bed-Fusion (LPBF) ist das favorisierte Verfahren der Forschenden, da es bisher das erfolgreichste additive Fertigungsverfahren zur Prototypen-Fertigung metallischer Bauteile darstellt. IWMS

Das Laser-Powder-Bed-Fusion (LPBF) ist das favorisierte Verfahren der Forschenden, 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 1000 °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.

Im Gemeinschaftsprojekt testen die Forschenden die Kupfersorten Cu-ETP, Cu-OFE beziehungsweise Cu-HCP und die Kupferlegierungen CuCrZr und CuNi2SiCr, wobei sie gleichzeitig die Kompatibilität unterschiedlicher Polymersysteme wie PLA (Polymilchsäuren) und PA (Polyamide) mit Kupfersystemen prüfen.

„Als Ergebnis wollen wir einen Prototyp mit geometrisch komplexer Struktur mittels additiver Herstellungsverfahren fertigen, der beispielsweise als Hochleistungskühlkörper eingesetzt werden kann. Bei erfolgreicher Durchführung könnten somit Schritt für Schritt aufwendige und kostenintensive konventionelle Technologien abgelöst werden. Die industriellen Kompetenzen von KME zur Kupferherstellung kombinieren wir mit den Kompetenzen der angewandten Mikrostrukturaufklärung und ermöglichen dadurch einen schnellen Aufbau von Expertenwissen im Bereich der Kupferpulverherstellung für den 3D-Druck“, sagt Sandy Klengel, Projektleiterin am Fraunhofer IMWS.