Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Additive Verarbeitung von Kupferwerkstoffen (Reinkupfer und Bronze) im Verfahren Material Jetting (MJT)

Das Forschungsziel ist die Befähigung eines neuartigen additiven Fertigungsverfahrens für die Verarbeitung von Kupferwerkstoffen. Mit etablierten Verfahren der additiven Fertigung (Selektives Lasersintern und -schmelzen) ist die Verarbeitung von Kupfer problematisch. Das neue Verfahren bietet geringere Anlagen- und Halbzeugkosten sowie höhere Aufbauraten.

Der erste Schritt des Lösungswegs besteht darin, einen Druckkopf für die Verarbeitung von Kupferwerkstoffen zu entwickeln und in Betrieb zu nehmen. Als Basis dient ein, im Rahmen eines vorhergehenden Projekts entwickelter, Prototyp für die Verarbeitung von Aluminium. Für eine optimale Prozessführung bei der Kupferverarbeitung werden Parameterstudien durchgeführt und der Prozess simuliert. Die Bewertungskriterien für die Parameterstudien sind das Werkstoffgefüge, die Bauteildichte, die mechanischen Eigenschaften sowie die Oberflächenqualität der gedruckten Proben. Teil des Forschungsprojekts ist es außerdem, ein Programm zu erstellen, das ausgehend von CAD-Daten die Fertigungsanlage automatisch steuert.

Das angestrebte Ergebnis des Forschungsprojektes ist es, Kupferwerkstoffe in einem neuartigen Fertigungsverfahren kostengünstig additiv verarbeiten zu können. Dabei ist eine Optimierung der Bauteileigenschaften durch geeignete Wahl der Prozessparameter, unterstützt durch die Ergebnisse der Prozesssimulation, möglich. Das entwickelte Steuerungs-Programm ermöglicht eine schnelle Umsetzung von CAD-Daten in reale Bauteile.

Der Nutzen für KMU, die bezüglich Grundlagenforschung finanziell limitiert sind, besteht in der Entwicklung einer vorwettbewerblichen Technologie, mit der Kupferbauteile, wie z. B. Wärmetauscher oder induktive Heizelemente, additiv hergestellt werden können.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein geeignetes System bestehend aus Druckkopf und beheizter Bauplattform für die Verarbeitung von Kupferwerkstoffen mittels Material Jetting (MJT) entwickelt. Anhand von Parameterstudien konnte der Einfluss der thermischen Prozessparameter untersucht und geeignete Parameterkombinationen zur Verarbeitung von Kupferwerkstoffen mittel MJT identifiziert werden.

Der MJT Prozess stellt eine potentielle Alternative zu derzeit etablierten additiven Verfahren dar. Durch die Verwendung vergleichsweise günstiger Anlagenkomponenten, einem kostengünstigen und leicht zu handhabenden Halbzeug (Draht) und hohen erreichbaren Aufbauraten bietet der MJT Prozess das Potential zur schnellen und kostengünstigen Herstellung von endkonturnahen Bauteilen. Derzeit sind bereits Anlagen zur Verarbeitung von Aluminiumwerkstoffen kommerziell verfügbar. Anlagen zur Verarbeitung von Werkstoffen mit höherem Schmelzpunkt sind gegenwärtig noch nicht zu erwerben. Die gewonnenen Erkenntnisse können den Entwicklungsprozess von Anlagen zur Verarbeitung von Kupferwerkstoffen mittels MJT unterstützen, um damit die Technologie schneller nutzbar zu machen.

Die Erkenntnisse können dabei zum einen von Anlagenherstellern und der Zulieferindustrie bei der Entwicklung von industriellen MJT Anlagen zur Verarbeitung von Kupferwerkstoffen genutzt werden. Insbesondere KMUs aus dem Bereich der Zulieferindustrie für Anlagenkomponenten können dabei durch die Nutzung der Ergebnisse potentiell Wettbewerbsvorteile entstehen.

Sind entsprechende Anlagen vorhanden, können die im Forschungsvorhabens gewonnenen Erkenntnisse Anlagenbetreiber bei der Herstellung von Bauteilen unterstützen. Insbesondere beim Bau von Prototypen, bei Kleinserien oder im Bereich der Reparatur und Instandsetzung kann der MJT Prozess genutzt werden. Die gewonnenen Ergebnisse können KMUs aus diversen Branchen wie der Gießerei- oder Elektroindustrie unterstützen, die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.