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Kupfer - für 3D-Druck und CNC-Bearbeitung

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Insight: Kupfer - für 3D-Druck und CNC-Bearbeitung 

09.04.2020

 

Hallo und herzlich willkommen zu dieser Ausgabe von Insight!

Diese Woche haben wir ein echtes Highlight für Sie. Wir werden über eine neue Technologie sprechen, die das Unmögliche möglich macht.

Wir entwickeln zwar keinen Warp-Antrieb, der uns zu den Sternen bringt, aber das, worüber ich heute spreche, ist trotzdem ziemlich cool. Legen wir gleich los.

In vielen technischen Bereichen ist Kupfer ein wichtiger Bestandteil, und in manchen Branchen, wie der Automobilindustrie, gewinnt es zunehmend an Bedeutung.

Für die Herstellung von Prototypen oder Fertigteilen aus Kupfer war die CNC-Bearbeitung bisher fast immer die beste Option. Verstehen Sie mich bitte nicht falsch, das ist immer noch eine tolle Möglichkeit. Sie hat aber ihre Grenzen.

Während sich andere Metalle für den 3D-Druck eignen, war Kupfer dafür – zumindest bisher – ungeeignet.

Überlegen wir uns einmal, was das bedeutet. In manchen Fällen ist Kupfer unverzichtbar.

Jetzt ist es möglich, komplexe Geometrien, wie z. B. Innenkanäle oder gewichtssparende Wabenstrukturen, herstellen, zu entwerfen und aus diesem Werkstoff herstellen zu lassen.

In den nächsten Minuten werden wir uns zusammen die Möglichkeiten anschauen. Ich werde Ihnen aber auch zeigen, warum diese neue Technologie zwar neue Möglichkeiten des Designs eröffnet, aber nicht immer die beste Option ist.

Manchmal ist die CNC-Bearbeitung immer noch die beste Wahl. Wir werden die Vor- und Nachteile jeder Technologie abwägen und Ihnen zu einer fundierten Entscheidung verhelfen.

Machen wir zuerst einen Schritt zurück. Die meisten Anbieter von 3D-gedruckten Kupferteilen verwenden ein niedriglegiertes Kupfer.

Diese Legierung besitzt immer noch eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, ist aber außerdem korrosionsbeständig und hat hervorragende mechanische Eigenschaften. Das bedeutet, dass sie sich für Umgebungen eignet, in denen man kein reines Kupfer verwenden würde, wie z. B. für Stromschienen, Raketendüsen, Wärmetauscher oder Induktionsschleifen, um nur ein paar Anwendungsbereiche zu nennen.

Lieferanten, die den 3D-Druck mit Kupfer anbieten, verwenden dafür das direkte Metall-Lasersintern, kurz DMLS. Dabei wird Metallpulver schichtweise zu Ihrem Teil hinzugefügt, das anschließend mit einem Laser mittels Mikroschweißen auf die Struktur aufgebracht wird. Jede Schicht ist nur ca. 20 Mikrometer dick.

Mit dieser Technologie lässt sich praktisch jede beliebige Form herstellen. Das Verfahren kann jedoch einige Zeit in Anspruch nehmen.

Hier sollten Sie die anderen Optionen für Kupfer in Erwägung ziehen.

Die CNC-Bearbeitung ist in Bezug auf die Geometrie eingeschränkter, aber dafür schneller.

Stellen Sie sich also die folgenden Fragen:

Lassen sich die Teile mittels Maschinenbearbeitung herstellen?

Wie viele Teile brauche ich?

Wenn Ihre Antwort auf die zweite Frage im Hunderter- oder Tausenderbereich liegt, dann ist die CNC-Bearbeitung wahrscheinlich die bessere Lösung.

Bei Prototypen oder individuell angepassten Teilen kann der 3D-Druck mit Kupfer jedoch völlig neue Designmöglichkeiten eröffnen.

Leider gibt es ein paar Einschränkungen, die Sie kennen sollten.

Bei der Arbeit mit dem Laser wird das Metall zunächst stark erhitzt und kühlt danach ab, was Eigenspannungen verursacht. Dies kann zu winzigen Bewegungen des Teils und zu einem Verlust von Genauigkeit führen. Das heißt, dass das Teil noch maschinell bearbeitet werden muss, wenn Ihre Toleranzen knapper als 0,1 mm sind.

Natürlich können Sie das Beste aus zwei Welten vereinen. Produzieren Sie einfach Ihr komplexes Kupferteil mittels DMLS und bearbeiten Sie es anschließend maschinell nach.

Außerdem bringt DMLS bei senkrechten und waagrechten Flächen eine glattere Oberfläche hervor, während es bei anderen Flächen durch die einzelnen Schichten zu einem Stufeneffekt kommt. Wenn Sie eine glatte Oberfläche benötigen, muss Ihr Teil gestrahlt, geschliffen oder maschinell bearbeitet werden.

Dies sollten Sie unbedingt beim Design für Ihr Teil beachten. Markieren Sie kritische Merkmale an Ihrem CAD-Modell, wenn Sie es Ihrem Anbieter bereitstellen.

Außerdem sollten Sie sich über Stützkonstruktionen Gedanken machen, wenn Sie Metallteile für den 3D-Druck entwerfen. Beim DMLS-Verfahren werden gerüstartige Strukturen benötigt, um das halbgeschmolzene Metall zu stützen. Diese Stützkonstruktionen können oft mit einem Dremel entfernt werden. Bei größeren Mengen kann die maschinelle Bearbeitung aber eine gute Alternative sein.

Obwohl Sie jetzt Kupferteile designen können, ist das nicht DIE Patentlösung.

Manchmal ist die CNC-Bearbeitung immer noch die beste Lösung, und manchmal können Sie das Beste aus beiden Welten herausholen, indem Sie die Technologien miteinander kombinieren.

Beim Design für den 3D-Druck und die CNC-Bearbeitung gibt es einige Punkte, die Sie beachten sollten. Wir raten Ihnen dazu, einfach mit Ihrem Lieferanten zu sprechen. Halten Sie Ausschau nach einem Lieferanten, der beide Optionen anbietet. So erhalten Sie eine objektive Beratung.

Das war's für diese Woche. Ich freue mich auf das nächsten Mal.


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