Herstellung von hochleitfähigem Kupfer mit AM

Die Herausforderung

Die außergewöhnliche elektrische und thermische Leitfähigkeit von Reinkupfer macht es unverzichtbar für elektrische Komponenten, Wärmetauscher und elektromagnetische Anwendungen. Die additive Fertigung von Kupfer stellt jedoch erhebliche Herausforderungen dar: Erreichen voller Dichte ohne Restporosität, Aufrechterhaltung hoher Reinheit während der Verarbeitung und Verifizierung, dass gedruckte Teile tatsächlich die vom Material versprochene Leitfähigkeit liefern. Traditionelle zerstörende Prüfungen verbrauchen wertvolle Prototypen und verlangsamen die iterative Optimierung, die die AM-Prozessentwicklung erfordert.

Die Lösung

Diese Forschung entwickelte eine vollständige Verarbeitungsroute für die 3D-Mikroextrusion von Kupfer, von der Feedstock-Pastenformulierung bis zur thermischen Nachbearbeitung. Das Team optimierte eine propanolbasierte Paste mit 95 Gew.-% Kupferpulverbeladung und verfeinerte dann systematisch Druckparameter und Sinterbedingungen, um 96–99 % dichte Komponenten zu erreichen.

Impulsanregungsprüfungen lieferten die schnelle, zerstörungsfreie Feedback-Schleife, die für diese Optimierungsarbeit unerlässlich ist. Durch Messung des Elastizitätsmoduls bei jeder Iteration gedruckter Teile konnten Forscher Dichte und strukturelle Integrität bewerten, ohne Proben zu opfern. Die Korrelation zwischen Elastizitätsmodul und Dichte gab sofortigen Einblick, wie Änderungen in der Pastenformulierung, den Extrusionsparametern oder Sinterbedingungen die endgültige Teilequalität beeinflussten.

Ergebnisse

Der optimierte Prozess produziert Kupferteile mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 90–100 % IACS—nahe am theoretischen Maximum für Reinkupfer. Die mechanischen Eigenschaften (Streckgrenze 61 MPa, Zugfestigkeit 194 MPa, 32 % Dehnung) bestätigen eine solide metallurgische Bindung. Für Hersteller, die Kupfer-AM-Anwendungen entwickeln, zeigt diese Arbeit, wie IET die schnelle Prozessiteration ermöglicht, die zum Erreichen von Leitfähigkeits- und mechanischen Leistungszielen erforderlich ist.