Neuer Ansatz zum 3D-Druck mit Kupfer
US-Forschende strukturieren alle Partikel des Metallpulvers auf Nanoebene. Dadurch können die winzigen Teilchen die eingebrachte Laserenergie besser absorbieren. Die Energieeffizienz steigt dramatisch.
Foto: PantherMedia / Fireflyphoto
Die additive Fertigung mit Kupfer gewinnt im Zuge der E-Mobilisierung stark an Bedeutung. Leider aber bringt das Material viele handelsübliche 3D-Drucker an ihre Grenzen. Hintergrund: Das Material ist stark reflektierend. Ein Großteil der eingebrachten Energie wird also gestreut – und steht für den gewünschten selektiven Aufschmelzprozess nicht zur Verfügung.
Forscherinnen und Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) an der Stanford University und der University of Pennsylvania wollen das jetzt ändern. Ihr Trick: Sie rauen die Partikel mit einem nasschemischen Ätzverfahren auf. Es entstehen Rillen und andere Unregelmäßigkeiten im Nanometerbereich, die das Absorptionsvermögen der Partikel für das verwendete Laserlicht um 70 % verbessern. „Unsere Methode modifiziert die Oberflächen, beeinträchtigt jedoch nicht die Reinheit oder die Materialeigenschaften von Kupfer, die es so begehrt machen – nämlich seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit“, so LLNL-Forscher Philip DePond.
Lesetipp: 3D-Druck mit Überschallgeschwindigkeit – statt mittels Laser
Die Nassätztechnik ist relativ einfach, aber äußerst effektiv. Das Team hat Metallpulver wie Kupfer und Wolfram in speziell formulierte Lösungen getaucht, die selektiv Material von der Oberfläche entfernen. Dieser Prozess führt zur Bildung komplexer nanoskaliger Merkmale, die die Fähigkeit des Pulvers, Laserlicht zu absorbieren, verbessern. Zur Charakterisierung der Oberflächenmerkmale der geätzten Pulver haben die Forscher fortschrittliche Bildgebungsverfahren verwendet, darunter die Synchrotron-Röntgen-Nanotomografie, die detaillierte 3D-Darstellungen der Pulverpartikel liefert und es dem Team ermöglicht, den elektromagnetischen Einfluss der nanoskaligen Modifikationen zu analysieren und zu modellieren.
Eine Alternative ist der Einsatz von grünen Lasern
„Einige Hersteller haben völlig neue Maschinen zur Verarbeitung von Kupfer und anderen stark reflektierenden Materialien entwickelt. Diese sind fast doppelt so teuer wie herkömmliche Maschinen, sodass die Eintrittsbarriere für den Druck dieser Materialien unerschwinglich hoch ist“, unterstreicht DePond.
Seit ein paar Jahren werden grüne Laser zum Drucken von Kupfer eingesetzt. Hintergrund: Ihre Wellenlänge ist deutlich kleiner als die von üblichen Infrarotlasern. Zu den Pionieren dieser Technologie zählt das deutsche Hochtechnologieunternehmen Trumpf sowie das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden.
Lesetipp: Schaeffler bringt verschiedene Laserfarben in einen 3D-Drucker
Die Frage, ob ihre Nanostrukturierung der Partikeloberfläche Einfluss nimmt auf die Fließfähigkeit des Pulvers, lassen die US-Forschenden unbeantwortet.
Warum diese Fließfähigkeit wichtig ist – und wie verschiedene Pulver für den 3D-Druck hergestellt werden –, erfahren Sie im Podcast „Druckwelle“: In Folge 2 erklärt Gregor Graf von Rosswag Engineering, wie das Ausgangsmaterial idealerweise geformt und fraktioniert sein sollte. Und in Folge 88 nimmt Marten Franz, Head of Metal Powder Business bei Outokumpu, die Hörerschaft mit in eine neue Verdüsungsanlage.
Hier wird Ihnen ein externer Inhalt von Podigee angezeigt.
Mit der Nutzung des Inhalts stimmen Sie der Datenschutzerklärung
von youtube.com zu.
