Forscher demonstrieren den Einsatz von PBF

1. November 2022

Teilen Sie es mit Ihrem Netzwerk:

Forscher der University of Wolverhampton; Additive Analytics und AceOn Group, Telford; Die University of Bristol und Anopol, Birmingham, Großbritannien, haben kürzlich eine Studie veröffentlichtMaterialienzur elektrischen Leitfähigkeit von additiv gefertigtem Kupfer und Silber für elektrische Wicklungsanwendungen.

Effiziente und leistungsdichte elektrische Maschinen gelten als entscheidend für die nächste Generation umweltfreundlicher Technologien. Eine der Hauptanforderungen an diese Maschinen ist die Herstellung optimierter Wicklungen, die auf elektrisch leitfähigen Materialien basieren. Die additive Fertigung von Kupfer- und Silberwicklungen bietet Herstellern die Möglichkeit, Materialien zu optimieren, kundenspezifische Geometrien zu nutzen und Topologie und Wärmemanagement durch integrierte Kühlung zu übernehmen. Bei der additiven Fertigung mit Laserstrahl-Pulverfusion (PBF-LB) können jedoch reflektierende und leitfähige Materialien wie Cu und Ag ein Problem darstellen.

In „Electrical Conductivity of Additively Manufactured Copper and Silver for Electrical Winding Applications“ haben die Forscher die Verarbeitung hochreiner Cu-, Ag- und Cu-AG-Legierungen auf einer 400-W-EOS-M290-AM-Maschine und die Leitfähigkeit der resultierenden Materialien detailliert beschrieben. In vier Vergleichsstudien wurden sechs Materialvarianten untersucht und der Einfluss von Materialzusammensetzung, Pulverbeschichtung, Laserbelichtung und Elektropolierung charakterisiert.

Die Studie zeigte einen Zusammenhang zwischen den Eigenschaften des Cu-Rohstoffs und der daraus resultierenden elektrischen Leitfähigkeit der additiv gefertigten Proben. Betrachtet man den Einfluss der Cu-Reinheit auf die elektrische Leistung, wurde keine Korrelation gefunden, wobei das Cu mit der höchsten Reinheit (>99,98 %) eine ähnliche Leistung erbrachte wie (59,7 % und 59 % IACS) das Cu mit der niedrigsten Reinheit (>99 %). Bei Cu soll eine höhere Packungsdichte der Schichten, die durch einen geringeren PSD-Wert des Ausgangsmaterials bedingt ist, einen deutlich positiven Effekt auf die Probendichte und die elektrische Leistung haben. Bei Cu-Ag wurde festgestellt, dass die relative Dichte und die elektrische Leistung nicht miteinander in Zusammenhang stehen, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass die elektrische Leistung durch Cu-Ag-Grenzflächen eingeschränkt wird, die sich negativ auf die Elektronenleitung auswirken. Es wurde festgestellt, dass die für die Probenherstellung verwendeten PBF-LB-Prozessparameter im Vergleich zu Cu zu dichterem Ag führten, was eine vergleichsweise höhere elektrische Leistung bedeutete.

Betrachtet man die Auswirkungen der Pulver-Neubeschichtung und der Laserbelichtung auf die Verarbeitung von Cu mittels PBF-LB Additive Manufacturing, zeigten Hartklingen-Neubeschichtung und Einzellaser-Belichtungsstrategien Verbesserungen der Dichte, mit Steigerungen der elektrischen IACS-Leitfähigkeit für Cu um 2,8 % und 2 % im Vergleich zu Soft-Blade-Recoating- und Doppellaser-Belichtungsstrategien. Es wurde festgestellt, dass Elektropolieren die Cu-Oberflächenrauheit von Ra von 6,42 µm auf 2,78 µm verbessert. Dennoch sind für PBF-LB-verarbeitete Varianten Stromdichten und Eintauchzeiten erforderlich, die doppelt so hoch sind wie beim Elektropolieren ähnlicher Kupferqualitäten, die mit anderen Methoden hergestellt wurden.

Insgesamt scheinen die Ergebnisse zu zeigen, dass – entgegen der jüngsten Literatur und dem allgemeinen Verständnis – die Verarbeitung von hochreinem Cu, Ag und Cu-Ag mit einer standardmäßigen 400-W-Laser-PBF-LB-Maschine für die additive Fertigung möglich ist. Darüber hinaus konnten durch die Optimierung der Pulverausgangsstoff-PSD und der Prozessparameter speziell für die Cu 400 W-Verarbeitung weitere Verbesserungen der Komponentendichte und der elektrischen Leistung erzielt werden.

Das Papier ist hier in voller Länge verfügbar.

www.wlv.ac.uk

www.additiveanalytics.co.uk

www.aceongroup.com

www.bristol.ac.uk

www.anopol.com

7. Juni 2023

5. Juni 2023

6. Juni 2023

7. Juni 2023