Kupfer und Kupferlegierungen verfügen über hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften wie hohe Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit und werden häufig in der Energiewirtschaft, in Wärmemanagementsystemen, in Kernkraftwerken und in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Hochfeste, verschleißfeste und korrosionsbeständige Kupferlegierungen werden für Automobilteile und den täglichen Bedarf verwendet.
Dieser Artikel stellt die Arten und Herstellungsmethoden von Kupfer- und Kupferlegierungs-Rohstoffpulvern vor, die für die additive Fertigung (AM) verwendet werden, und fasst den aktuellen Stand der AM-Technologie für kupferbasierte Teile im In- und Ausland zusammen. Der Prozessablauf sowie die Vor- und Nachteile verschiedener AM-Methoden wurden hervorgehoben und die technischen Schwierigkeiten und entsprechenden Lösungen, die sich auf die Qualität der Teile auswirken, analysiert. Auch die Entwicklungsrichtung der AM-Technologie für kupferbasierte Teile wurde diskutiert.
Die AM-Technologie ist eine neue Methode zur Vorbereitung von Teilen, die auf schichtweisem Schneiden und diskreten Daten des 3D-Modells des Teils sowie auf der schichtweisen Ansammlung von Materialien basiert. Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden bietet die AM-Technologie Vorteile wie eine hohe Designfreiheit und einen kurzen Produktionszyklus, wodurch sie sich für 3D-gedruckte Teile mit komplexen Formen, leichtem Gewicht oder multifunktionalen Farbverläufen eignet
Zerstäubtes Kupfer- und Kupferlegierungspulver
Bei der Zerstäubungsmethode wird Metallschmelze durch mechanische Mittel in Partikel mit einer Größe von weniger als 150 μm pulverisiert. Die Mikrostruktur von Metallpulvern, die durch verschiedene Zerstäubungsverfahren erhalten werden, variiert und umfasst kugelförmige, schwammartige, kugelförmige und flockige Formen.
Beschichtetes Pulver
Beschichtungspulver verbessert seine Eigenschaften wie Leitfähigkeit und Duktilität, indem es andere Metalle oder Legierungen auf die Oberfläche des Kupferpulvers aufbringt. Abbildung 2 zeigt beispielsweise verschiedene Komponenten
Additives Herstellungsverfahren für Kupfer und Kupferlegierungen
Zu den wichtigsten AM-Prozessen gehören selektives Laserschmelzen (SLM), Elektronenstrahlschmelzen (EBM), Binder Jet (BJ) und Pulverextrusionsdruck (PEP).
1. Selektives Laserschmelzen (SLM)
SLM verwendet Laserstrahlen, um Pulvermaterialien Schicht für Schicht zu schmelzen und dichte Teile zu bilden. Seine Vorteile sind eine hohe Maßgenauigkeit und eine schnelle Abscheidungsrate, es erfordert jedoch eine hohe Sphärizität und Fließfähigkeit der Pulvermaterialien.
2. Elektronenstrahlschmelzen (EBM)
EBM verwendet einen Elektronenstrahl zum Schmelzen von Metallpulver, das sich für die Herstellung komplex strukturierter Teile eignet. Im Vergleich zu SLM hat EBM eine höhere Energienutzungseffizienz, aber die Ausrüstungskosten sind höher.
3. Klebstoffspritzen (BJ)
BJ bindet Pulverpartikel durch Aufsprühen von Klebstoff zusammen und führt dann eine Sinterbehandlung durch. Seine Vorteile sind niedrige Kosten und eine hohe Leistung, aber der Prozess umfasst mehrere Schritte und der Vorgang ist komplex.
4. Pulverextrusionsdruck (PEP)
BJ bindet Pulverpartikel durch Aufsprühen von Klebstoff zusammen und führt dann eine Sinterbehandlung durch. Seine Vorteile sind niedrige Kosten und eine hohe Leistung, aber der Prozess umfasst mehrere Schritte und der Vorgang ist komplex.
Hauptanwendungsbeispiele
Die AM-Technologie hat ein breites Anwendungsspektrum in verschiedenen Bereichen, beispielsweise in Wärmetauschern, Induktoren, Raketentriebwerkskomponenten und in der Kunst. Beispielsweise hat die NASA Raketentriebwerkskomponenten entwickelt, deren Kühlkanäle mithilfe der SLM-Technologie gedruckt wurden.
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