Kupfer und 3D-Druck: Die Industrie der Zukunft

Kupfer ist ein Metall, das aufgrund seiner positiven Eigenschaften schon vor mehr als 10.000 Jahren von Menschen verarbeitet wurde. Es ist ein vergleichsweise weiches und daher leicht formbares und sehr duktiles Material. Es hat eine orange-rote Farbe und besitzt eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit. Dies macht es besonders für die Industrie sehr attraktiv. Die gute Leitfähigkeit macht Kupfer zu einem optimalen Werkstoff zur Herstellung von Induktoren für die partielle Härtung von Bauteilen.

Anwendungen in der Industrie



Ursprünglich per Hand gefertigte Induktoren aus Reinkupfer können heutzutage im 3D-Druck-Verfahren hergestellt werden und somit eine bestmögliche Anpassung an das zu härtende Werkstück garantieren. Auch sehr komplexe Geometrien sind dank der Präzision des 3D-Drucks realisierbar. Andere Anwendungen für 3D-Druck mit Kupfer sind elektrische Verkabelungen, Baumaterial, Metalllegierungen, Maschinen und Motoren sowie bei der Schifffahrt und Produkten des täglichen Gebrauchs aufgrund seiner biostatischen Eigenschaft.

3D-Druck-Verfahren: Welche eignen sich für die Bearbeitung von Kupfer?



Es gibt im 3D-Druck drei verschiedene Verfahren, die sich zum Arbeiten mit Kupfer eignen:



  • FDM-Druck

  • DMLS
  • Wachsguss und Lost-PLA-Guss

Beim FDM-Druck (Fused Deposition Model) kann der Druck mit Kupfer nur mittels eines Filaments ermöglicht werden. Dafür hat 'The Virtual Foundry' ein Hybrid-PLA-Filament konzipiert, das zu 90 Prozent aus Kupfer und zu 10 Prozent aus PLA besteht. Der Druck wird im Anschluss in einem Sinterofen gebrannt, sodass das PLA verschwindet. Dadurch entsteht ein reines Kupferprodukt. Jedoch muss bei den vorher angestellten Berechnungen der Maße mit eingeplant werden, dass das Objekt am Ende ungefähr 15 bis 20 Prozent seiner Größe einbüßt. Um einem Reißen des Materials während des Druckens vorzubeugen, sollte es vorher erwärmt werden und an einem reibungsarmen Spulenhalter befestigt werden.



Bei dem DMLS-Verfahren (Direktes Metalllaserintern) wird Pulvermetall verwendet, das zu einem Objekt verschmolzen wird. Das Produkt wird hierbei durch Abtrennen des Pulvers schichtweise aufgebaut. Nachdem das Objekt fertiggestellt wurde, wird mit Hilfe von Druckluft in einer geschlossenen Kammer das überschüssige Material entfernt. 


Das dritte Verfahren nutzt den 3D-Druck auf indirekte Weise, um Gegenstände aus Reinkupfer herzustellen. Hier gibt es zwei Vorgehensweisen: den Wachsguss und den Lost-PLA-Guss.

Beim Wachsguss wird mit Hilfe des 3D-Druckers ein Modell des herzustellenden Objekts aus Wachs gefertigt. Daraufhin wird dieses Modell mit Gips übergossen und schließlich in einem Ofen ausgehärtet. Das Wachs brennt dabei aus und somit entsteht eine Form aus Gips, in die schließlich flüssiges Kupfer hineingegossen werden kann. Nach dem Entfernen der Gipshülle erhält man ein Kupfer-Objekt, das exakt dem Modell entspricht.

Das gleiche Prinzip lässt sich auch mit dem Lost-PLA-Guss durchführen. Hierfür wird im 3D-Drucker das Modell mit PLA-Filament hergestellt und danach mit Gips übergossen und ausgehärtet.



3D-Druck für die Zukunft


Der 3D-Druck mit Kupfer eröffnet der Industrie und der Wissenschaft Möglichkeiten, die in der Vergangenheit nicht realisierbar waren. Passgenaue Bauteile und Objekte können ohne großen Aufwand hergestellt und geometrische Formen verwendet werden, die zuvor nicht möglich gewesen wären. Auch die NASA experimentiert mit dem Verfahren im Rahmen von druckbaren Raketenteilen.

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