BE1025340B1 - Verfahren zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels selektivem Lasersinterm - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Herstel- len eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels selektivem Lasersintern, die folgenden Verfahrensschritte aufweisend: - Bereitstellen (S1) eines Metallpulvers, aufweisend eine Kupfer-Chrom-Legierung; - selektives Aufschmelzen (S2) des Metallpulvers mittels Laserstrahlung zur Erzeugung des Bauteils; - Aufheizen (S3) des Bauteils auf eine Temperatur im Tempe- raturbereich zwischen 900°C und 1000°C in einer Sauerstoff aufweisenden Atmosphäre; und - Entfernen (S4) einer sich auf der Oberfläche des Bauteils gebildeten Chromoxid-Schicht.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels selektivem Lasersintern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels selektivem Lasersintern. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kupfer aufweisendes Bauteil, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurde.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils selektives Lasersintern verwendet wird. Aufgrund der hohen Reflektivität von Kupfer über einen weiten Wellenlängenbereich von Laserstrahlung müssen Laser mit hoher Leistung verwendet werden, um ein Aufschmelzen eines Kupfer aufweisenden Metallpulvers zu bewirken. Nach Herstellung des Kupfer aufweisenden Bauteils weist dieses eine reduzierte elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu einem Bauteil auf, das beispielsweise aus einem Vollblock herausgefräst ist.
Zum Erhöhen der elektrischen Leitfähigkeit ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass Kupfer aufweisende Bauteil auf eine Temperatur von ca. 950 °C über eine vorgegebene Zeit aufzuheizen. Dieser Aufheizungsprozess wird stets in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum durchgeführt, so dass das Kupfermaterial an der Oberfläche des Bauteils nicht oxidiert. Denn eine entsprechende Kupferoxidschicht weist eine reduzierte elektrische Leitfähigkeit auf.
Eine hohe elektrische Leitfähigkeit ist für ein stromführendes und Kupfer aufweisendes Bauteil, so wie beispielsweise ein Strombalken für eine Leiteranschlussklemme, essentiell. Folglich ist es bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels selektivem Lasersintern essentiell, dass das Bauteil auf eine
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Das Einbringen des stromführenden Bauteils in eine Schutzgasatmosphäre und anschließendes Aufheizen ist ein relativ aufwendiger Prozess. Folglich ist die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe das Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels Lasersintern, das im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vereinfacht ausführbar ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels selektivem Lasersintern mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels selektivem Lasersintern gelöst, wobei das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
Bereitstellen eines Metallpulvers, aufweisend eine KupferChrom-Legierung;
selektives Aufschmelzen des Metallpulvers mittels Laserstrahlung zur Erzeugung des Bauteils;
Aufheizen des Bauteils auf eine Temperatur im Temperaturbereich zwischen 900°C und 1000°C in einer Sauerstoff aufweisenden Atmosphäre; und
Entfernen einer sich auf der Oberfläche des Bauteils gebildeten Chromoxid-Schicht.
Die Kupfer-Chrom-Legierung weist eine reduzierte Reflektivität im Vergleich zu reinem Kupfer insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 800nm und 1200nm auf, sodass reduzierte
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Leserleistungen verwendet werden können, um das Metallpulver
aufzuschmelzen. Ferner bietet das Verwenden einer Kupfer-
Chrom-Legierung den Vorteil, dass bei einem Aufheizen des so
gebildeten Bauteils auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1000°C unter Anwesenheit einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre das Chrom an der Oberfläche des Bauteils zu einer ChromoxidSchicht oxidiert. Diese Chromoxid-Schicht lässt sich einfach entfernen. Ein Kupfer aufweisendes Bauteil, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, weist eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit auf, wobei das Kupfer aufweisende Bauteil mittels weniger Verfahrensschritte hergestellt werden kann.
Vorzugsweise ist das Verfahren derart ausgebildet, dass ein Metallpulver zum selektiven Aufschmelzen bereitgestellt wird, dass eine Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierung aufweist. Ein entsprechendes Metallpulverweist eine nochmals reduzierte Reflektivität im Wellenlängenbereich von 800nm bis 1200nm auf.
Weiter vorzugsweise ist das Verfahren derart ausgebildet, dass ein Metallpulver zum selektiven Aufschmelzen bereitgestellt wird, dass eine CuCrlZr-Legierung aufweist.
Eine CuCrlZr-Legierung weist einen Massenanteil von Chrom von 0,5% bis 1,2%, vorzugsweise von 0,85%, einen Massenanteil von Zirkonium von 0,03% bis 0,3%, vorzugsweise 0,15%, einen Massenanteil von Eisen von weniger als 0,08%, einen Massenanteil von Silizium von weniger als 0,1% auf, wobei Kupfer den restlichen Massenanteil der Legierung bildet, so dass der Massenanteil von Kupfer vorzugsweise 99% beträgt. Die Werkstoffbezeichnung/ -nummer der CuCrlZr-Legierung lautet in Europa auch CW106C. In den Vereinigten Staaten von Amerika lautet die Werkstoffbezeichnung/ -nummer auch C18150.
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BE2017/5466 Bei der Verwendung eines entsprechenden Metallpulvers können nochmals reduzierte Laserleistungen zum Aufschmelzen des Metallpulvers verwendet werden. Auch bietet die Verwendung eines entsprechenden Metallpulvers den Vorteil, dass sich eine gut ablösbare Chromoxid-Schicht während des Aufheizens in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bildet, die besonders einfach von der Oberfläche des Bauteils entfernt werden kann.
Vorzugsweise ist das Verfahren derart ausgebildet, dass das Bauteil unter Anwesenheit der Umgebungsluft auf eine Temperatur im Temperaturbereich zwischen 900°C und 1000°C aufgeheizt wird. Das entsprechend ausgebildete Verfahren bietet den Vorteil, dass keine gesonderte Atmosphäre bei dem Aufheizprozess des Bauteils hergestellt werden muss. Daher ist das entsprechend ausgebildete Verfahren nochmals vereinfacht durchführbar .
Weiter vorzugsweise wird das Bauteil auf eine Temperatur von 950°C aufgeheizt. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem aufheizen des Bauteils auf eine Temperatur von 950°C das entsprechend ausgebildete Bauteil eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Weiter vorzugsweise ist das Verfahren derart ausgebildet, dass das Entfernen der Chromoxid-Schicht mittels Druckluftstrahlen mit festem Strahlmittel erfolgt. Als festes Strahlmittel kann ein Schlackestrahlmittel, Korund, Granatsand, Kunststoff, Glasperlen, Trockeneis und/oder Hartguss verwendet werden. Das entsprechend ausgebildete Verfahren ist einfach durchführbar und führt zu hervorragenden Ergebnissen bei dem Entfernen der Chromoxid-Schicht von dem Bauteil.
Weiter vorzugsweise ist das Verfahren derart ausgebildet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
Bereitstellen des Metallpulvers auf einer Unterlage;
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Abfahren einer Querschnittskontur des Bauteils mittels der
LaserStrahlung;
Aufbringen von weiterem Metallpulver auf der gebildeten Querschnittskontur des Bauteils; und erneutes Abfahren einer Querschnittskontur des Bauteils mittels der Laserstrahlung.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Kupfer aufweisendes Bauteil gelöst, das nach einem der oben beschriebenen Verfahren erzeugt wurde.
Das erfindungsgemäße Bauteil weist den Vorteil auf, dass es schnell mittels selektivem Lasersintern herstellbar ist und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Vorzugsweise ist das Bauteil als stromführendes Bauteil, insbesondere als Strombalken ausgebildet.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus dem erläuterten Ausführungsbeispiele. Dabei zeigen im Einzelnen:
Figur 1: Ein Verfahrensablaufplan zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels selektivem Lasersintern .
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein Kupfer aufweisendes Metallpulver bereitgestellt. Das zum selektiven Aufschmelzen bereitgestellte Metallpulver weist vorzugsweise eine Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierung auf. Weiter vorzugsweise weist das zum selektiven Aufschmelzen bereitgestellte Metallpulver eine CuCrlZr-Legierung auf. Das Metallpulver wird vorzugsweise auf einer Unterlage bereitgestellt.
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Anschließend wird in einem Verfahrensschritt S2 das Metallpulver mittels Laserstrahlung aufgeschmolzen. Beim Aufschmelzen des Metallpulvers wird dieses mittels der Laserstrahlung zumindest soweit aufgeheizt, dass die Oberflächen der Metallpulverbestandteile aufgeschmolzen werden. In dem Verfahrensschritt S2 wird vorzugsweise eine Querschnittskontur des zu erzeugenden Bauteils mittels der Laserstrahlung abgefahren. Anschließend wird weiteres Metallpulver auf der bereits gebildeten Querschnittskontur des Bauteils aufgebracht, das dann von der Laserstrahlung wieder aufgeschmolzen wird, so dass sich das aufgeschmolzene Metallpulver mit dem bereits erzeugten Bauteil verbindet.
Nachdem das Bauteil mittels selektivem Lasersintern erzeugt wurde, wird das Bauteil auf eine Temperatur im Temperaturbereich von 900°C bis 1000°C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 950°C in einer Sauerstoff aufweisenden Atmosphäre in einem Verfahrensschritt S3 aufgeheizt. Als Atmosphäre wird dabei vorzugsweise Umgebungsluft bzw. Atemluft verwendet. Somit ist keine besondere Schutzgasatmosphäre beim Aufheizen des Bauteils notwendig. Das Chrom an der Oberfläche des Bauteils oxidiert dabei mit dem Sauerstoff zu einer Chromoxid-Schicht, die das Bauteil umschließt.
Anschließend wird in einem Verfahrensschritt S4 die sich auf der Oberfläche des Bauteils gebildete Chromoxid-Schicht in einem Verfahrensschritt S4 entfernt. Das Entfernen S4 der Chromoxid-Schicht erfolgt dabei vorzugsweise mittels Druckluftstrahlen mit festem Strahlmittel.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels selektivem Lasersintern, die folgenden Verfahrensschritte aufweisend:
Bereitstellen (Sl) eines Metallpulvers, aufweisend eine Kupfer-Chrom-Legierung;
selektives Aufschmelzen (S2) des Metallpulvers mittels Laserstrahlung zur Erzeugung des Bauteils;
Aufheizen (S3) des Bauteils auf eine Temperatur im Temperaturbereich zwischen 900°C und 1000°C in einer Sauerstoff aufweisenden Atmosphäre; und
Entfernen (S4) einer sich auf der Oberfläche des Bauteils gebildeten Chromoxid-Schicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallpulver zum selektiven Aufschmelzen bereitgestellt (Sl) wird, das eine Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierung aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallpulver zum selektiven Aufschmelzen bereitgestellt (Sl) wird, das eine CuCrlZrLegierung aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil unter Anwesenheit der Umgebungsluft auf eine Temperatur im Temperaturbereich zwischen 900°C und 1000°C aufgeheizt (S3) wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil auf eine Temperatur von 950 °C aufgeheizt (S3) wird.
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6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen (S4) der Chromoxid-Schicht mittels Druckluftstrahlen mit festem Strahlmittel erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
Bereitstellen des Metallpulvers auf einer Unterlage;
Abfahren einer Querschnittskontur des Bauteils mittels der
LaserStrahlung;
Aufbringen von weiterem Metallpulver auf der gebildeten Querschnittskontur des Bauteils; und erneutes Abfahren einer Querschnittskontur des Bauteils mittels der Laserstrahlung.
8. Kupfer aufweisendes Bauteil, das mittels eines der Verfah- ren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erzeugt wurde.
9. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als stromführendes Bauteil ausgebildet ist.
BE2017/5466A 2017-06-30 2017-06-30 Verfahren zum Herstellen eines Kupfer aufweisenden Bauteils mittels selektivem Lasersinterm BE1025340B1 (de)

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