Die neue additive Fertigungsanlage schmilzt reines Kupferpulver vollständig auf. (Bild: Fraunhofer IWS Dresden)
Bisher gelang es nicht, Kupfer mit Infrarotlasern vollständig aufzuschmelzen, um daraus Schicht für Schicht komplexe Bauteile zu erzeugen. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden setzt nun eine neuartige additive Fertigungsanlage ein, die das Metall mit einem kurzwelligen grünen Laser nahezu defektfrei verarbeiten kann. So sollen neue Fertigungsansätze möglich werden, die bisher mit Reinkupfer nicht realisierbar waren.
Das Fraunhofer IWS setzt dazu auf einen kurzwelligen grünen Laser. Statt Infrarotlicht mit 1064 Nanometer (Millionstel Millimeter) Wellenlänge verwendet die Laserschmelzanlage einen Scheibenlaser mit energiereichem grünen Licht der Wellenlänge 515 Nanometer. Bei früheren Versuchen seien infrarote Laserstrahlquellen bis 500 Watt nicht leistungsstark genug gewesen, um Kupfer vollständig aufzuschmelzen, so Samira Gruber, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IWS. Denn lediglich 30 Prozent der eingesetzten Energie erreichen den Kupferwerkstoff – den großen Rest reflektiere das Metall. Anders beim neuen grünen Laser mit maximal 500 Watt: Hier absorbiere das Kupferpulver mehr als 70 Prozent der eingesetzten Energie und schmelze vollständig, so dass es dann für die additive Fertigung einsetzbar sei.
Die mit einem grünen Laser ausgestattete "TruPrint1000" gehört laut dem IWS nun zum Additive Manufacturing Center Dresden (AMCD). Dort arbeiten die IWS-Experten gemeinsam mit Kollegen der TU Dresden an weiteren Technologien für die additive Produktion.
Wie das IWS mitteilt, lassen sich mit dem grünen Laser Reinkupferbauteile aufbauen, die elektrisch und thermisch besonders leitfähig sind. Solche Komponenten ermöglichen effizientere Elektromotoren und neue Kühlkörper in der Leistungselektronik. Auch Anwendungen in der Spulen- und Induktorenfertigung seien denkbar, wie auch effizientere und kompaktere Kühlkörper für die Leistungselektronik von übermorgen. "Additiv gefertigte Kupferteile sind vielen Aluminium-Lösungen durch eine höhere volumenspezifische Leitfähigkeit überlegen. Interessant ist das überall dort, wo es auf kleine Bauweisen und hohe Leistung ankommt", erläutert Elena Lopez, Abteilungsleiterin für die Additive Fertigung am Fraunhofer IWS.
