Der 3D-Druck mit Kupfer (engl. copper) (chem. Zeichen: Cu) findet im industriellen 3D-Druck (Additive Manufacturing) Anwendung. Kupfer gilt als sehr guter Wärme- und Stromleiter. Die additive Verarbeitung von Kupfer, bzw. Legierungen aus Kupfer, ermöglicht den Unternehmen mehr Designfreiheit bei der Herstellung von Kupferobjekten. Aus diesem Grund wird gegenwärtig viel geforscht am 3D-Druck von Kupfer und seiner industriellen Verwendung unter wirtschaftlich attraktiven Kriterien. Auf dieser Seite stellen wir den Kupfer-3D-Druck ausführlich vor und veröffentlichen regelmäßig alle Neuheiten, Forschungen und Unternehmen aus dem Bereich des 3D-Drucks mit Kupfer.
Kupfer zählt zu den chemischen Elementen, trägt das Elementsymbol Cu und die Ordnungszahl 29. Die lateinische Bezeichnung Cuprum leistet sich vom griechischen cyprium ab. Denn auf der Insel Zypern wurde schon im Altertum Kupfer gewonnen. Dieses ist ein relativ weiches Metall, zäh und gut formbar. Sein Schmelzpunkt liegt bei 1357,77 K (Kelvin) bzw. 1084,62 Grad Celsius, der Siedepunkt bei 2868 K (2595 Grad Celsius).
Kupfer ist ein sehr guter Wärme- und Stromleiter, desgleichen gehört es zu den Münzmetallen und Halbedelmetallen und ist schwach radioaktiv. Aufgrund dieser Eigenschaften war es bis vor kurzem schlecht denkbar, dieses Metall für den 3D-Druck zu nutzen. Mittlerweile haben sich aber einige Unternehmen daran gewagt, Kupfer bzw. Kupferlegierungen zum Beispiel als Pulver für die additive Fertigung herzustellen. So präsentierte Desktop Metal bereits 3D-Druck-Material aus Kupfer. Einsetzbar sind die verschiedenen Kupfersorten und -legierungen beispielsweise bei 3D-Druckern, die mit dem Laser-Powder-Bed-Fusion-Verfahren arbeiten.
Im Rahmen des Projektes „Technologie- und Materialentwicklung zur additiven Fertigung komplexer hochwärmeleitfähiger Cu-Bauteile – CuAdd“ arbeiten Mitarbeiter des Kupferhalbzeugherstellers KME und Forscher des Fraunhofer Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (Fraunhofer IMWS) zusammen. Sie untersuchten dabei additive Fertigungstechnologien für hochwärmeleitfähige Bauteile, die aus Kupferlegierungen bzw. reinem Kupfer bestehen sollen. Denkbar ist beispielsweise der Einsatz in Kühlelementen inklusive der Leistungselektronik. Ist ihre Forschung erfolgreich, ist es in Zukunft möglich, weniger zeitaufwändig und zu deutlich geringeren Kosten zu produzieren.
Es gibt mittlerweile noch einige weitere Unternehmen, die im 3D-Druck mit Kupfer viel Potenzial sehen und in diesem Bereich tätig sind. So berichteten wir bereits über das deutsche Maschinenbauunternehmen TRUMPF, das bereits unter anderem eine Entpulverstation entwickelt hat und gemeinsam mit einem Partner den 3D-Druck von amorphen Metallen voranbringen möchte.
In Zukunft werden Sie in dieser Rubrik noch viele weitere Beiträge finden, die sich dem 3D-Druck mit Kupfer widmen. Damit Sie keine neuen Beiträge verpassen, empfehlen wir Ihnen, unseren kostenlosen 3D-grenzenlos Newsletter zu abonnieren.
Das US-amerikanische 3D-Druck-Unternehmen 3D Systems stellt seine neue Kupfer-Nickel-Legierung CuNi30 vor. Das korrosionsbeständige Material wurde speziell zur Verwendung mit dem Metall-3D-Drucker DMP Flex 350 entwickelt. Es ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit mit der Newport News Shipbuilding Division von Huntington Ingalls Industries.
Der deutsche Hersteller intelligenter Materialien Infinite Flex bringt mit INFINITE Cu 01 ein reines Kupferpulver für den SLS-3D-Druck auf den Markt. Mit dem Material sind dem Hersteller zu Folge hochleitfähige Kupferbauteile aus dem 3D-Drucker möglich. Das Material wurde bereits an EOS M290- und TruPrint 1000-3D-Druckern getestet und ist ab sofort erhältlich.
Das 3D-Druck-Unternehmen AMCM stellt die Vorteile mit dem Kupfer-3D-Druck bei neuen Designs (z.B. Induktoren) auf der bevorstehenden formnext 2021 in Frankfurt vor. Dabei steht vor allem der 3D-Drucker AMCM M 290-1 1kW im Mittelpunkt. In einem Projekt konnte damit ein neuer Induktor mit 60 % geringeren Herstellungskosten, 50 % weniger Stromverbrauch beim Erhitzungsprozess und 2,5-fach längere Lebensdauer des Bauteiles erreicht werden.
Ein internationales Forscherteam rund um das Fraunhofer IWS baut im Rahmen eines EU-Forschungsprojekts einen Teilchenbeschleuniger aus 3D-gedruckten Kupferkomponenten. Dadurch wird dieser leichter, handlicher und erschwinglicher. Für die Herstellung schmelzen die Forscher reines Kupferpulver mit einem grünen Laser auf und stellen die Komponenten additiv her.
Das 3D-Druck-Unternehmen Sintavia hat eine proprietäre 3D-Druck-Technologie für GRCop-42 entwickelt. Eine derartige Kupferlegierung wird von der NASA und Raumfahrtunternehmen verwendet. Sintavia arbeitet außerdem an proprietären Standards für weitere 3D-Drucker-Materialien und feuerfeste Legierungen für die Luft- und Raumfahrt und das Militär.
AMCM, ein vor drei Jahren gegründetes Unternehmen des 3D-Drucker-Herstellers EOS, entstand mit dem Ziel, bislang noch nicht realisierte 3D-druckbare Anwendungen möglich zu machen. Dabei wurden einige Ideen mit adaptierten 3D-Druck-Systemen von EOS umgesetzt. Jetzt stellt AMCM seine bisherigen Erfolge zum 3D-Druck vor, die wir in folgendem Beitrag einmal zusammenfassen.
Das österreichische Unternehmen APS Tech Solutions hat mit dem Wizard 480+ einen neuen Hybrid-3D-Drucker auf den Markt gebracht. Das Wizard 480+ 3Druck-System kann Bauteile mit dem CFF-3D-Druckverfahren, FFF-3D-Druckverfahren oder einer Kombination aus beiden Technologien herstellen. Wir stellen den Wizard 480+ einmal genauer vor.
Das australische Unternehmen PWR Performance Solutions setzt seit 2019 verstärkt auf den 3D-Druck. Mit dem Erwerb des EP-M250Pro Metall-3D-Druckers von E-Plus-3D will es den 3D-Druck für die Herstellung von Wärmetauschern und ähnlichen Elementen einsetzen. Das bringt Vorteile wie mehr Flexibilität im Design zur schnellen Entwicklung und Herstellung auch komplexer Objekte.
Das 3D-Druck-Unternehmen Digital Metal hat mit „DM Cu“ ein reines Kupferpulver für den 3D-Druck mit dem Binder-Jet-3D-Druckverfahren vorgestellt. Dieses kann mit 3D-Druckern wie dem Digital Metal DM P2500 eingesetzt werden. Das Material zählt laut dem schwedischen Hersteller zu einer der meisten erwarteten Materialeinführungen und macht 3D-gedruckte Bauteile aus 99,9% reinem Kupfer möglich.
Nicht alle Metalle lasse sich ohne Weiteres mit den additiven Fertigungsverfahren verarbeiten. Kupfer weißt Eigenschaften auf die den 3D-Druck des Metalls nur schwierig bis unmöglich machen. Mit der patentierten Graphen-Technologie von Graphmatech gelang den schwedischen Forschern zusammen mit der Universität Uppsala jetzt ein Durchbruch bei 3D-Druck von Kupferlegierungen mit Graphen.
Kupfer als 3D-Druck-Material einzusetzen gilt gegenwärtig als knifflig. Dennoch werden von immer mehr Herstellern Kupferlegierungen auf den Markt gebracht die für den 3D-Druck von Objekten aus Kupfer eingesetzt werden können. Der US-Hersteller für Desktop-Metall-3D-Drucker Desktop Metal hat sich ebenfalls mit dem Thema befasst und jetzt sein erstes eigenes Material aus reinem Kupfer für die Verarbeitung mit dem 3D-Drucker vorgestellt
Forscher des Fraunhofer IMWS und der Kupferhalbzeughersteller KME arbeiten gemeinsam am Projekt „Technologie- und Materialentwicklung zur additiven Fertigung komplexer hochwärmeleitfähiger Cu-Bauteile – CuAdd“. Dort untersuchen sie den 3D-Druck mit Kupfer. Wenn ihre Arbeit erfolgreich ist, könnten sie aufwendige und kostenintensive konventionelle Technologien ablösen.
NASA-Forscher haben in Kooperation mit dem Glenn Research Center und dem Marshall Space Flight Center das GRCop-42 entwickelt, eine hochfeste Legierung für den 3D-Druck von Raketenkomponenten auf Kupferbasis mit hoher Festigkeit und Leitfähigkeit.
Die bayrische FIT Additive Manufacturing Group hat in einen 3D-Drucker mit Kaltschweißverfahren von SPEE3D investiert. Das Gerät arbeitet mit dem SP3D-3D-Druckverfahren und wird nach Erhalt im Herbst diesen Jahres von der FIT AG intensiv getestet. Geplant ist die additive Fertigung von industrietauglichen Kupferteilen im bayerischen Lupburg.