Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bauteile aus Kupferpulver eröffnen neue Möglichkeiten

16.02.2011
Bisher war es nicht möglich, das Verfahren des selektiven Laserschmelzens (SLM) auch auf Kupferlegierungen anzuwenden.

Nun aber haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Verfahren so modifiziert, dass sie die technischen Probleme lösen konnten. Die neue Methode bietet große Vorteile, etwa in der Kunststoff-Verarbeitung.


Werkzeugeinsatz mit internen Kühlkanälen gefertigt aus Hovadur(R) K220 mittels SLM.
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen.

Rapid Manufacturing tritt in der industriellen Fertigungstechnik gerade seinen Siegeszug an. Es handelt sich dabei um Fertigungsverfahren, die digitalisierte Konstruktionsdaten direkt und schnell in Werkstücke umsetzen können.

Im Bereich der Metalle eignet sich insbesondere das selektive Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) dazu, kompliziert geformte Bauteile herzustellen, die mit konventioneller Technik nur unter höchstem Aufwand oder gar nicht produzierbar wären. Im Rahmen des Projektes InnoSurface, das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird, ist es nun einem Forscherteam am Fraunhofer ILT in Aachen erstmals gelungen, das SML-Verfahren so zu modifizieren, dass es auch für Kupferwerkstoffe geeignet ist. Dies eröffne neue Möglichkeiten beispielsweise für die Herstellung von Werkzeugen für die Kunststoff-Verarbeitung.

Beim SLM wird das Werkstück auf einer Bauplattform schichtweise aus einem pulverförmigen Werkstoff aufgebaut. Das Ganze funktioniert im Grunde wie ein Drucker in drei Dimensionen. Gemäß den computergenerierten Konstruktionsdaten des geplanten Werkstücks wird das Metallpulver schichtweise aufgetragen und anschließend mit einem Laserstrahl an den vorgegebenen Stellen zum Schmelzen gebracht. Es verbindet sich dadurch fest mit dem bereits fertigen Teil des Objekts. Materialprüfungen haben gezeigt, dass derartig erzeugte Komponenten aus Stahl oder Leichtmetall nach einer anschließenden Wärmebehandlung eine ebenso hohe Güte aufweisen wie konventionell hergestellte.

Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und Kupferlegierungen war es bisher jedoch nicht möglich, SLM auch auf diese Werkstoffe anzuwenden. Zwar hat Kupfer einen niedrigeren Schmelzpunkt als Stahl, aber es absorbiert das Laserlicht nicht so gut, und die Wärmeabfuhr ist größer. Das führt dazu, dass die Schmelzspur abreißt und sich winzige Schmelzkugeln bilden. Diese sind deutlich höher als die Schichtdicke und stören den weiteren Verfahrensablauf. Außerdem erzeugen sie Hohlräume und verringern so die Dichte des späteren Bauteils. »Um die hohe Wärmeabfuhr und den geringen Absorptionsgrad des Kupfers während des Aufschmelzens zu kompensieren, setzen wir anstelle der zur Zeit beim SLM üblichen 200-Watt-Laser einen Laser mit 1000 Watt Leistung ein«, sagt Projektleiter David Becker. Um befriedigende Ergebnisse zu erzielen, wählte er einen Laser, der ein besonders gleichmäßiges Strahlprofil zeigt. Gleichzeitig haben Becker und sein Team die gesamte Anlage so modifiziert, dass der hohe Energieeintrag nicht zu Störungen führt: Sie haben beispielsweise die Schutzgasführung und die Mechanik geändert. »Versuche mit der Kupferlegierung Hovadur K220 zeigen bereits hervorragende Ergebnisse«, so Becker, »die Dichte der Werkstücke beträgt nahezu 100 Prozent.« Das Verfahren ist damit bereit für den industriellen Einsatz.

Gerade die große Wärmeleitfähigkeit prädestiniert Kupfer und seine Legierungen für viele Anwendungen. So sorgen Einsätze aus derartigen Materialien in Stahlwerkzeugen für den Spritzguss zur Herstellung von Kunststoffteilen für eine besonders schnelle Wärmeabfuhr an kritischen Stellen. Mit SLM ist es möglich, diese Kupfereinsätze zusätzlich mit konturnahen Kühlkanälen zu versehen, in denen ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, fließt. Durch die gleichmäßige und schnelle Abkühlung im gesamten Werkzeug werden Taktzeiten und Verzug minimiert.

Demnächst wollen die Aachener Forscher noch einen Schritt weiter gehen und nicht nur Kupferlegierungen, sondern reines Kupfer zu dichten Bauteilen verarbeiten. Dessen Wärmeleitfähigkeit ist noch einmal fast doppelt so hoch wie bei Hovadur K220. Eine neue Herausforderung!

Ansprechpartner im Fraunhofer ILT
Für Fragen stehen Ihnen unsere Experten zur Verfügung:
David Becker
Rapid Manufacturing
Telefon +49 241 8906-568
david.becker@ilt.fraunhofer.de
Dr. Konrad Wissenbach
Generative Verfahren und funktionale Schichten
Telefon +49 241 8906-147
konrad.wissenbach@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen
Tel. +49 241 8906-0
Fax. +49 241 8906-121

Axel Bauer | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ilt.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Innovation macht 3D-Drucker für kleinere und mittlere Unternehmen rentabel
24.03.2017 | Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm

nachricht Neues energieeffizientes Verfahren zur Herstellung von Kohlenstofffasern
13.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fließender Übergang zwischen Design und Simulation

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Industrial Data Space macht neue Geschäftsmodelle möglich

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Neue Sicherheitstechnik ermöglicht Teamarbeit

27.03.2017 | HANNOVER MESSE