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Vortrag

WEB Additive Fertigung von hochleitfähigem Kupfer mittels LPBF und "grüner" Laserstrahlung – Möglichkeiten und Herausforderungen im Anlagenaufbau und der Anwendung

Freitag (15.05.2020)
11:45 - 12:00 Uhr Raum 1
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Elektrisch hochleitfähiges reines Kupfer spielt eine zentrale Rolle für effiziente stromführende Bauteile in der Elektrotechnik sowie im Maschinen- und Anlagenbau. Die additive Fertigung von Bauteilen aus Reinkupfer mit klassischer Anlagentechnologie und „infraroter“ Laserstrahlung (λ ≈ 1070 nm) mittels pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen (Laser Powder Bed Fusion – LPBF) ist auf Grund des hohen Reflexionsgrades von Kupfer für die infrarote Laserstrahlung nur in einem begrenzten Parameterbereich möglich und führt bislang nicht zum Erreichen der vollen elektrischen Leitfähigkeit von Reinkupfer (100 IACS%).

Im Vergleich zu anderen Werkstoffen und Kupferlegierungen weist Reinkupfer einen geringen Absorptionsgrad von ca. 5% bis 10% für die Laserstrahlung der üblicherweise genutzten Strahlquellen auf. Der hohe Reflexionsgrad stellt neben der hervorragenden Wärmeleitfähigkeit von Kupfer sowie der Dynamik des Schmelzbades eine Herausforderung für eine stabile Prozessführung im laserbasierten Umschmelzprozess LPBF dar.

Die Verwendung einer im „grünen“ Spektralbereich emittierenden Laserstrahlquelle (Wellenlänge λ = 515 nm) ermöglicht eine Verarbeitung von reinem Kupfer mit einer relativen Werkstoffdichte >99,8% und einer maximalen Leitfähigkeit von 58 MS/m. Um die Vorteile der grünen Laserstrahlquelle im LPBF Prozess für die industrielle Anwendung im vollen Umfang zu nutzen, bedarf es jedoch weiterer Entwicklungen im Bereich der Lasertechnologie, der Optik sowie der LPBF-Anlagentechnologie.

Der Beitrag soll einen Einblick in den aktuellen Stand der Technik und Forschung zur additiven Fertigung von Reinkupfer mittels LPBF geben sowie aktuelle Möglichkeiten und Limitationen in der Realisierung einer LPBF Anlage mit einer „grünen“ Laserstrahlquelle aufzeigen. Neben Ergebnissen zur Qualität des aufgebauten Reinkupfers, insbesondere der relativen Dichte und der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit, werden hierbei insbesondere die erzielbare Produktivität und der nutzbare Parameterbereich diskutiert.

Sprecher/Referent:
Daniel Heußen
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Johannes Henrich Schleifenbaum
    Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT

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