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Monday, September 14, 2020, Virtueller Raum 2 12:30 PM Additive Fertigung mit dem Laserstrahl |
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Laser Powder Bed Fusion - Additive Fertigung von hochleitfähigem Kupfer mittels "grüner" Laserstrahlung |
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Daniel Heußen* / Fraunhofer Institut für Lasertechnik, ILT, NRW Johannes Henrich Schleifenbaum / Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Deutschland |
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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 mittels pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen (Laser Powder Bed Fusion LPBF) und klassischer Anlagentechnologie mit infraroter Laserstrahlung (» H 1070 nm) ist nach aktuellem Stand der Technik nicht unter Erhalt der maximalen Leitfähigkeit des Ausgangsmaterials möglich. 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 Eigendynamik des Schmelzbades eine Herausforderung für eine stabile Prozessführung im laserbasierten Umschmelzprozess LPBF dar. Die Verwendung einer neuartigen im grünen Wellenlängenbereich emittierenden Laserstrahlquelle (» = 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 bei der 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 ist hierbei insbesondere der Ausblick auf die erzielbare Produktivität sowie einen Transfer der grünen LPBF-Prozessführung auf andere Werkstoffe von großer Bedeutung, um dem Anwender eine kritische Bewertung zu ermöglichen. Der Beitrag basiert zu einem Großteil auf den Ergebnissen des Forschungsprojektes SLM in grün , IGF-Nr. 19549 N 1 DVS-Nr. 13.026 sowie weiterer Arbeiten des Fraunhofer ILT. |