3D-Druck Kupferpulver

Überblick über 3D-Druck Kupferpulver

Kupferpulver für den 3D-Druck ist ein Metallpulver aus reinem Kupfer oder Kupferlegierungen, das als Rohmaterial in verschiedenen 3D-Drucktechnologien zur Herstellung von Endverbrauchsteilen und -produkten aus Kupfer verwendet wird.

Zu den wichtigsten Eigenschaften und Vorteilen des 3D-Drucks mit Kupferpulver gehören:

• Hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit für elektronische Anwendungen erwünscht
• Sehr hohe Zerspanbarkeitswerte für gute Endbearbeitung und Nachbearbeitung
• Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften wie Festigkeit und Duktilität
• Korrosionsbeständigkeit durch die Bildung einer schützenden Kupferoxidschicht
• Biokompatibel für medizinische Geräte und Implantate
• Kostenvorteil im Vergleich zur konventionellen Kupferbearbeitung

Bei verschiedenen 3D-Druckverfahren für Metalle wird in der Regel Kupferpulver verwendet:

Arten des 3D-Drucks mit Kupferpulver

3D-Druck-Technologie	Beschreibung
Binder Jetting	Klebt Kupferpulver mit flüssigen Bindemitteln
Gerichtete Energieabscheidung (DED)	Schmelzen von Kupferpulver mit einem Laser- oder Elektronenstrahl
Selektives Laserschmelzen (SLM)	Selektives Laserschmelzen und Schmelzen des Kupferpulverbettes

Diese additiven Fertigungsverfahren ermöglichen die Herstellung komplexer Geometrien mit Kupfer, die durch Gießen oder maschinelle Bearbeitung nicht realisierbar sind. Teile können bei Bedarf ohne Werkzeuge oder Formen hergestellt werden.

Lassen Sie uns nun einen genaueren Blick auf Kupfersorten für den 3D-Druck, Eigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen, Preise, Vergleiche und mehr werfen.

Zusammensetzung der 3D-Druck Kupferpulver

Es gibt einige Haupttypen von Kupfermetallpulvern, die in der additiven Fertigung verwendet werden:

Zusammensetzungen von 3D-Druck-Kupferpulver

Pulver Typ	Typische Zusammensetzung
Reines Kupfer	99,7% Cu Minimum
Kupfer-Zinn-Legierung	Cu-10Sn-Bronze-Legierung
Kupfer-Nickel-Legierung	90Cu-10Ni oder 70Cu-30Ni

Merkmale von 3D-gedruckten Teilen aus reinem Kupfer

• Hervorragende elektrische Leitfähigkeit für Elektronik
• Verformbares Material ermöglicht Nachbearbeitung
• Glühen kann die Duktilität weiter verbessern
• Geringe Härte bei 100 HV nach dem Druck

Profis

• Höchste thermische und elektrische Leitfähigkeit
• Leicht zu bearbeiten, zu plattieren und nach dem Bau zu beschichten
• Biokompatibel für medizinische Zwecke
• Das Schweißen von unterschiedlichen Metallen wird vereinfacht

Nachteile

• Weiche Texturen und Merkmale mit geringer Festigkeit
• Gefahr der Delamination zwischen den Schichten
• Oxidschichtbildung anfällig für Verunreinigungen

Merkmale von 3D-gedruckten Cu-Sn-Bronzeteilen

• Bessere mechanische Eigenschaften durch Zinnlegierung
• Bis zu doppelte Härte und Festigkeit
• Verschieben Sie die verschleißfeste Oberfläche
• Höhere Temperaturbeständigkeit

Profis

• Stärkere Teile, die Verformungen widerstehen
• Ermöglicht den Druck feiner Details und Texturen
• Geringe Mengen an Zinn verbessern die Eigenschaften
• Gute Korrosionsbeständigkeit

Nachteile

• Geringere thermische und elektrische Leitfähigkeit
• Höhere Dichte erhöht das Gewicht
• Benötigen beim Drucken noch Stützen

Merkmale von 3D-gedruckten Teilen aus Cu-Ni-Legierung

• Ausgezeichnete Kombination aus Festigkeit und Leitfähigkeit
• Behält hohe Duktilität und thermische Eigenschaften bei
• Erhöht die Härte für den Verschleißschutz
• Lässt sich gut mit anderen Kupferkomponenten löten

Profis

• Abstimmbare Eigenschaften, die Festigkeit, Härte und Leitfähigkeit ausgleichen
• Starke Teile, die Belastungen standhalten
• Nur 10%-Nickel verdoppelt die Streckgrenze
• Niedrigerer Schmelzpunkt begünstigt Druck bei niedrigeren Temperaturen

Nachteile

• Nicht biokompatibel für Medizinprodukte
• Nickel kann galvanische Korrosion auslösen
• Höhere Materialkosten als reines Kupfer

Anwendungen von 3D-gedrucktem Kupfer

Dank seiner vielseitigen Materialeigenschaften wird der 3D-Druck mit Kupferpulver branchenübergreifend eingesetzt:

Anwendungen von 3D-Druck-Kupferpulver

Industrie	Gemeinsame Anwendungen
Elektronik	Steckverbindungen, Kontakte, Klemmen, EMI-Abschirmung
Elektrisch	Stromschienen, Rotorwicklungen, Elektromagnete
Wärmetauscher	Wärmesenken, Verdampfer, Kondensatoren
Automobilindustrie	Schweißspitzen, Buchsen, Lager
Architektur	Dekorative Fassaden, Paneele, Modellierung
Medizinische	Elektroden, GREENs, Implantate, chirurgische Instrumente

Einige spezifische Produktbeispiele sind:

Elektronik: Leitende Bahnen, Drähte, Antennen, Batterien, Sensoren

Automobilindustrie: Leuchtengehäuse, Schnellverschlüsse, Gewindeeinsätze

Luft- und Raumfahrt: Halterungen, Komponenten zur Drehmomentkontrolle, Funkgeräte-Hardware

Konsumgüter: Knöpfe, Verschlüsse, Reißverschlüsse, Zierteile

Hardware: Zahnräder, Schlösser, Federn, Befestigungselemente wie Muttern und Bolzen

Die Nutzung der Kupfereigenschaften im 3D-Druck ermöglicht innovative Geometrien, die mit subtraktiven Verfahren nicht möglich sind und die Funktionalität und Effizienz verbessern können.

Spezifikationen von Kupfermetallpulver für den 3D-Druck

Die Hersteller von 3D-Druckern charakterisieren Kupferpulver anhand von Kriterien wie:

Kupferpulver-Spezifikationen für den 3D-Druck

Parameter	Typischer Spezifikationsbereich
Form des Pulvers	Überwiegend kugelförmig
Größenbereich	15-45 Mikrometer
Minimale scheinbare Dichte	3,5 g/cm3
Typische Schichtdicke	20-100 Mikrometer
Durchflussmenge	>=25 Sekunden für 50 g
Restsauerstoff	0,3% max

Andere wichtige Pulvermessungen:

• Dichte des Gewindebohrers: Nach dem Absetzen: 4-4,5 g/cm3
• Hall-Durchflussmenge: Zeit, in der 50 g Pulver durch die Trichteröffnung fließen
• Hausner-Verhältnis: Die Klopfdichte dividiert durch die scheinbare Dichte gibt die Fließfähigkeit an.

Die enge Verteilung gewährleistet eine dichte und gleichmäßige Verteilung des Pulvers während des Drucks. Niedriger Sauerstoffgehalt verhindert überschüssige Oxide, die die Schichtbindung behindern.

Kupfermetallpulver Preise, Lieferanten und Vergleiche

Die Kosten für Kupferpulver schwanken je nach Marktpreis, Zusammensetzung, Menge und Herkunftsort:

Kupferpulver Kostenvergleich

Typ	Durchschnittliche Preisspanne	Hauptlieferanten
Reines Kupfer	$50-80 pro kg	AP&C, Sandvik Osprey, Carpenter Additive
Cu-10Sn-Bronze	$55-90 pro kg	ECKA Granulate, BASF Additive Mfg, LPW Technologie
CuNi10-Legierung	$65-105 pro kg	Linde, Arconic-Komponenten, Praxair

Der Kauf von hochreinen Qualitäten von zertifizierten Metallpulverherstellern gewährleistet zuverlässige Qualität. Lieferanten aus Übersee bieten zwar kostengünstigere Optionen an, doch kann es ihnen an Konsistenz mangeln.

Beim Vergleich von Kupferpulvermaterialien für einen Druckauftrag sollten Sie Folgendes beachten:

Vor- und Nachteile der verschiedenen Kupferpulver

Typ	Profis	Nachteile
Reines Kupfer	Höchste thermische/elektrische Leistung<br>Geringste Kosten	Weiche, verschleißanfällige Teile<br>Risiko der Delamination
Cu-Bronze-Legierung	Stärkere Komponenten<br>Bessere Auflösung feiner Details	Schwerere Komponenten<br>Geringere Leitfähigkeit
Kupfer-Nickel	Ausgewogene Stärke plus Leitfähigkeit <br>Kontrollierte Reibung/Verschleiß	Nicht biokompatibel<br>Schwieriger zu bearbeiten

ZusammengefasstReines Kupfer eignet sich für die Anforderungen der Elektronik, wobei der Schwerpunkt auf Leitfähigkeit und Duktilität bei niedrigen Kosten liegt, während Legierungen die mechanischen Anforderungen mit höherer Festigkeit und Härte besser erfüllen.

Druckparameter, Schwellenwerte und Empfehlungen

Die Wahl der optimalen Druckeinstellungen ist der Schlüssel zum erfolgreichen Einsatz von Kupferpulver:

Druckprofileinstellungen für Kupferpulver

Parameter	Typischer Bereich	Empfehlungen
Schichtdicke	20-100 Mikrometer	Dünnere Schichten verbessern den Verbund zwischen den Schichten
Laserleistung (für SLM)	100-500 W	Höhere Dichte und Benetzung bei erhöhter Leistung
Scan-Geschwindigkeit	100-500 mm/s	Schnellere Geschwindigkeiten reduzieren Wärmeeintrag und Eigenspannung
Balkengröße	20-100 Mikrometer	Laserdurchmesser nahe der Schichtdicke
Unterstützungsstrukturen	Baumartig	Verformung verhindern und durch Nachbearbeitung entfernen
Schutzgas	Argon oder Stickstoff	Verhinderung von Oxidation während der Bauphase
Plattenheizung aufbauen	50-250°C	Kühlkörper einmal abgelegt, wenn die Kühlung zu schnell ist
Stressabbau	Ausglühen 1-3 Stunden bei 400°C	Verringerung von Eigenspannungen zur Förderung der Schichtintegrität
Heißisostatisches Pressen	1000-10000 psi bei 500-950°C	Erhöhung der Dichte durch Kollabieren von Hohlräumen
Oberflächenbehandlung	Trommeln, Bearbeiten, Schleifen, Polieren usw.	Oberflächenrauhigkeit glätten

Die Überwachung der Größe des Schmelzbads und der Temperaturen hilft bei der Echtzeitkalibrierung der Laserparameter. Passen Sie die Energiezufuhr an den Druckbereich an, um eine gute Verschmelzung ohne übermäßige Erwärmung zu erreichen.

Für Teile von hoher QualitätDer Schlüssel dazu ist das Wärmemanagement und die Verringerung der Restspannung durch strategische Heiz-/Kühlzyklen während des Drucks und Wärmebehandlungen nach der Herstellung. Nutzung von Standard-Metallverarbeitungs-/Bearbeitungsmethoden für die Endbearbeitung von gedruckten Kupferkomponenten.

Industriestandards für den 3D-Druck mit Metallpulvern

Normenorganisationen für die additive Fertigung von Metallen

Organisation	Einschlägige Metall-AM-Normen
ASTM International	F3049, F2971, F3184, F3301 usw. für annehmbare Legierungen, Prozessanforderungen, Qualitäten
Internationale Organisation für Normung (ISO)	ISO/ASTM 52915, 52921 für Entwurf, Verfahren und Prüfung
SAE International	AMS7001A Material- und Prozessspezifikationen für die Luft- und Raumfahrt
Amerikanische Gesellschaft der Maschinenbauingenieure (ASME)	BPVC Abschnitt IX Schweißtechnische Vorschriften
Nationales Institut für Normen und Technologie (NIST)	Referenzdaten für Kupferpulver und Messwissenschaft
Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC)	IEC 62890 Benchmarking der Leistung des Metallpulverbettschmelzverfahrens

Diese tauschen bewährte Verfahren aus und quantifizieren wiederholbare Leistungskriterien, um Teile für die Endnutzung zu qualifizieren.

Für Komponenten für die Luft- und RaumfahrtDarüber hinaus müssen weitere CAA- und FAA-Normen eingehalten werden. Automobilindustrie Teile verweisen auch auf UL-, A2LA- und NADCAP-Spezifikationen.

In der MedizintechnikUm die Biokompatibilität und die Sicherheit der Patienten zu gewährleisten, ist die Einhaltung der FDA- und CE-Vorschriften vor der Vermarktung zwingend erforderlich.

Insgesamt synchronisieren die Normen die technologische Entwicklung in der gesamten Branche der additiven Metallfertigung.

FAQs

F: Wie wähle ich die richtige Kupferlegierung für meine Anwendung?

A: Bei den meisten Produkten stehen entweder Festigkeit, Härte und Verschleißverhalten oder thermische/elektrische Leitfähigkeit im Vordergrund. Die entsprechende Abstimmung der Legierungselemente wie Zinn oder Nickel ermöglicht eine individuelle Optimierung der Eigenschaften.

F: Ist beim Drucken von Kupferpulver eine Schutzgasabschirmung erforderlich?

A: Ja, das Erhitzen von Kupferpulver auf hohe Temperaturen führt zu einer Oberflächenoxidation, bei der Legierungselemente verloren gehen. Die Abschirmung mit Argon oder Stickstoff verhindert übermäßigen Materialverlust.

F: Was verursacht Risse zwischen den Schichten beim 3D-Druck von Kupfer?

A: Unterschiedliche Abkühlungsraten und die Schrumpfung der Legierung können Spannungen verursachen, die zu Rissen in den Zwischenschichten führen. Bessere thermische Kontrollen während der Fertigung und spannungsreduzierende Wärmebehandlungen nach dem Prozess verringern diese Fehler.

F: Warum hat mein 3D-gedrucktes Kupferteil eine schlechte Oberflächenqualität und -struktur?

A: Unzureichendes Aufschmelzen der Pulverpartikel bei geringer Laserleistung führt zu porösen, ungleichmäßigen Strukturen, die eine aufwändige Nachbearbeitung erfordern. Druckkalibrierung, ausreichende Schichtüberlappung und höhere Energiedichte verbessern die Oberflächenqualität.

F: Ist der direkte Metalldruck mit Kupferpulver sehr teuer?

A: Ja, sowohl die Kosten für das Druckersystem, die über $100.000 liegen, als auch die Kosten für den Kauf von Metallpulver machen es für kleine Produktionen unerschwinglich. Allerdings sinken die Kosten pro Teil bei Großserien erheblich, da keine Werkzeuge benötigt werden.

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