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Thursday, September 14, 2023, Berlin 11:00 AM Additive Fertigung - Lichtbogen- und EB-Schweißen |
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Elektronenstrahlschweißen: Herstellen von Kupferbauteilen durch drahtbasierte additive Fertigung |
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Bernd Baufeld* / pro-beam additive GmbH, Germany Alejandro Zamorano / pro-beam additive GmbH, Deutschland |
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Das Potenzial der additiven Fertigung von Kupferbauteilen ist noch nicht ausreichend erforscht, obwohl es einen großen Markt für Kupferprodukte gibt, insbesondere in den Bereichen Energie, Mobilität und Luft- und Raumfahrt. Metallbasierten Technologien der additiven Fertigung mit industrieller Reife kann man nach DIN52900 im Wesentlichen in pulverbettbasiertes Schmelzen (und Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung (directed energy deposition: DED) aufteilen. Bei dem Einsatz von Lasern als Energiequelle tritt ein hoher Verlust durch die hohen Lichtreflexion von Kupfer auf. Der Elektronenstrahl hingegen erreicht auch bei Kupfer einen hohen Energieeintrag und damit die gewünschte Effizienz. Auch das für den Elektronenstrahl notwendige Hochvakuum ist bei dem Aufschmelzen von Kupfer von großem Vorteil. Mit der drahtbasierten additiven Fertigung mit dem Elektronenstrahl (wire electron beam additive manufacturing: WEBAM) ist es möglich porenfreie Kupferbaukörper mit einer hohen Auftragsrate von mindestens 2 kg/h herzustellen. Die Pro-beam additive GmbH untersucht verschiedene Anwendungen, die von unterschiedlichen Märkten gefordert werden. So wurde beispielsweise für die Luft- und Raumfahrtindustrie ein Modell für einen Raketenmotor (650 mm Höhe, 295 mm maximaler Durchmesser, 22 kg Gewicht) entwickelt. Für den Energiesektor wurde die Fähigkeit von WEBAM, Multi-Material-Komponenten zu erzeugen, genutzt, um Kupferstrukturen auf Stahlbasis-Komponenten mit guter Haftung herzustellen. Das Team fand zudem heraus, dass Bauteile aus Reinkupfer eine exzellente elektrische Leitfähigkeit besitzen. Die Werte sind mit dem internationalen Standard von geglühtem Kupfer (IACS) vergleichbar. Die Vickershärte beträgt je nach lokaler Korngröße zwischen 60 HV und 90 HV. Das ist vergleichbar mit traditionell hergestellten Kupferbauteilen. Für Reinkupfer typische Zugfestigkeiten von bis zu 220 MPa und eine hohe Bruchdehnung von mehr als 35 Prozent wurden nachgewiesen. Diese guten mechanischen Eigenschaften und die hohe elektrische Leitfähigkeit deuten auf eine hohe Qualität von WEBAM Bauteilen und einen erfolgreichen industriellen Einsatz hin. |