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Title:
USE OF POWDERS OF HIGHLY REFLECTIVE METALS FOR ADDITIVE MANUFACTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/016301
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the use of a metal in powder form for additive manufacture of a metal moulded body by laser beam melting, the metal being a metal of group 11 of the Periodic Table of Elements or aluminium or an alloy or intermetallic phase of one of these metals and having an oxygen content of at least 2500 ppm by weight.

Inventors:
STOLPE MORITZ (DE)
FISCHER JAKOB (DE)
PROTZMANN TIM (DE)
KLOSCH-TRAGESER MICHAEL (DE)
Application Number:
EP2019/069250
Publication Date:
January 23, 2020
Filing Date:
July 17, 2019
Export Citation:
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Assignee:
HERAEUS ADDITIVE MFG GMBH (DE)
International Classes:
B22F3/105; B22F9/08; B33Y10/00; B33Y70/00; C22C1/04; C22C32/00
Domestic Patent References:
WO2018049051A12018-03-15
Foreign References:
US20180193916A12018-07-12
US20170326690A12017-11-16
US20150102016A12015-04-16
EP3093086A12016-11-16
DE102017102355A12017-08-10
US20180051376A12018-02-22
Other References:
D. HERZOG ET AL., ACTA MATERIALIA, vol. 117, 2016, pages 371 - 392
M. NAEEM, LASER TECHNIK JOURNAL, vol. 10, January 2013 (2013-01-01), pages 18 - 20
P. FRIGOLA ET AL.: "Fabricating Copper Components with Electron Beam Melting", ADVANCED MATERIALS & PROCESSES, July 2014 (2014-07-01), pages 20 - 24, XP055384825
R. GUSCHLBAUER ET AL.: "Herausforderung bei der Additiven Fertigung von Reinkupfer mit dem selektiven Elektronenstrahlschmelzen", METALL, November 2017 (2017-11-01), pages 459 - 462
Attorney, Agent or Firm:
LUX, Berthold et al. (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Ein Verfahren zur additiven Fertigung eines metallischen Formkörpers durch

Faserstrahlschmelzen, umfassend

(i) Aufbringen eines pulverförmigen Metalls in Form einer Schicht auf einem Substrat in einem Bauraum, wobei das Metall ein Metall der Gruppe 11 des Periodensystems der Elemente oder Aluminium oder eine Fegierung oder intermetallische Phase dieses Metalls ist und

einen Sauerstoffgehalt von mindestens 2500 Gew.-ppm aufweist;

(ii) selektives Aufschmelzen des pulverförmigen Metalls in der Schicht durch mindestens einen Faserstrahl und Erstarren lassen des aufgeschmolzenen Metalls,

(iii) Aufbringen einer weiteren Schicht des pulverförmigen Metalls auf der zuvor aufgebrachten Schicht,

(iv) selektives Aufschmelzen des pulverförmigen Metalls in der weiteren Schicht durch den Faserstrahl und Erstarren lassen des

aufgeschmolzenen Metalls;

(v) Wiederholung der Schritte (iii) - (iv), bis der metallische Formkörper fertiggestellt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metall Kupfer, Silber oder Gold oder eine Fegierung oder intermetallische Phase eines dieser Metalle ist.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sauerstoffgehalt des pulverförmigen Metalls 2500-15000 Gew.-ppm, bevorzugter 3500-10000 Gew.-ppm, noch bevorzugter 5000-10000 Gew-ppm, am meisten bevorzugt 5500-10000 Gew-ppm beträgt.

4. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das pulverförmige Metall über eine Verdüsung in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre hergestellt wird.

5. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das

pulverförmige Metall Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 100 pm aufweist.

6. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bauraum eine inerte oder reduzierende Gasatmosphäre enthält.

7. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach dem Erstarren des aufgeschmolzenen Metalls und vor dem Aufbringen einer weiteren Schicht das erstarrte Metall einer thermischen Behandlung im Vakuum oder in einer reduzierenden Gasatmosphäre unterzogen wird;

und/oder der metallische Formkörper nach seiner Fertigstellung einer thermischen Behandlung im Vakuum oder in einer reduzierenden

Gasatmosphäre unterzogen wird. 8. Verwendung des pulverförmigen Metalls gemäß einem der Ansprüche 1-5 für die additive Fertigung durch Faserstrahlschmelzen.

Description:
Verwendung von Pulvern hochreflektiver Metalle für die additive Fertigung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Pulvern hochreflektiver Metalle (wie z.B. Kupfer, Gold, Silber oder Aluminium) für die additive Fertigung durch Laserstrahlschmelzen.

Additive Fertigungs verfahren arbeiten werkzeuglos und ohne Form. Das Volumen eines Objekts wird dabei schichtweise gemäß einem digitalen Computermodell aufgebaut.

Auch metallische Formkörper lassen sich über eine additive Fertigung herstellen. Beispielsweise erfolgt die additive Fertigung über ein Strahlschmelzen eines Metallpulvers (Pulverbett-basierte Verfahren). Als Strahlquellen werden Laser- oder Elektronenstrahlen verwendet (selektives Laserstrahlschmelzen, selektives

Elektronenstrahlschmelzen).

Beim selektiven Laserstrahlschmelzen wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform in einer dünnen Schicht auf der Bauplatte oder einer bereits zuvor abgeschiedenen Werkstoffschicht aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff wird mittels Laserstrahlung lokal teilweise oder vollständig geschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Anschließend wird die Grundplatte um den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und erneut Pulver aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis der fertige Formkörper erhalten wird. Beim selektiven Elektronenstrahlschmelzen erfolgt das lokale Aufschmelzen des Pulvers durch einen Elektronenstrahl .

Den aktuellen Stand der additiven Fertigung von metallischen Formkörpem, z.B. durch Laserstrahl- und Elektronenstrahlschmelzen von schichtweise aufgetragenem Metallpulver, beschreiben beispielsweise D. Herzog et al., Acta Materialia, 117 (2016), S. 371-392.

Metalle mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere Kupfer, Gold, Silber und Aluminium, stellen interessante Werkstoffe dar. Wegen ihrer starken Reflektion im infraroten Wellenlängenbereich stellt die Bearbeitung dieser Werkstoffe durch einen Laserstrahl eine große Herausforderung dar, da die meisten derzeit verfügbaren kontinuierlich strahlenden Hochleistungslaser (cw-Laser) genau in diesem

Wellenlängenbereich arbeiten. Diese Problematik wird beispielsweise von M.

Naeem, Laser Technik Journal, Volume 10, Januar 2013, S. 18-20, und in US

2015/0102016 Al beschrieben. Um die Absorption der Laserstrahlung durch stark reflektierende Metalle zu verbessern, können Laser verwendet werden, die eine niedrigere Wellenlänge aufweisen (z.B.„grüne“ Laser). Diese Laser weisen aber derzeit noch keine ausreichende Leistung und Stabilität auf.

Zeigt ein Material im Wellenlängenbereich der anregenden Strahlung ein geringes Absorptionsverhalten (z.B. aufgrund hoher Reflektivität), kann nur wenig Energie in das Material eingekoppelt werden, wodurch ein Aufschmelzen des Materials erschwert oder sogar verhindert wird. Dies kann dazu führen, dass sich kein stabiles Schmelzbad ausbildet. Für die Realisierung relevanter Bauteileigenschaften (wie

Dichte, elektrische und thermische Leitfähigkeit, Festigkeit, Oberflächengüte) ist die Ausbildung eines stabilen Schmelzbades jedoch von besonderer Bedeutung.

Neben den optischen Eigenschaften (Absorption, Reflektion) beeinflussen auch die thermischen Eigenschaften des Materials die Ausbildung des Schmelzbades. Beispielsweise entscheidet die Wärmeleitfähigkeit, wie schnell die lokal

eingekoppelte Wärme sich auf die Umgebung verteilt. Materialien mit hohen thermischen Leitfähigkeiten erschweren daher die additive Fertigung. EP 3 093 086 Al beschreibt die Verwendung eines Kupferpulvers, das als

Legierungselemente Silizium und/oder Chrom enthält, für die additive Fertigung durch Laserstrahlschmelzen. Der Sauerstoffgehalt des Kupferpulvers beträgt weniger als 1000 Gew-ppm. DE 10 2017 102 355 Al beschreibt die Herstellung eines geformten Gegenstandes aus einem Metallpulver über ein additives Verfahren, wobei das Pulver durch geeignete Maßnahmen modifiziert wird, so dass die Absorption des Laserstrahls erhöht wird. Das Metallpulver wird beispielsweise in Form einer Pulverschicht in den Bauraum eingebracht und diese Pulverschicht wird oberflächlich oxidiert. Um eine ausreichende Oxidation der Pulverschicht zu gewährleisten, enthält die

Gasatmosphäre im Bauraum noch ausreichend Luftsauerstoff. Der Sauerstoffgehalt des oberflächlich oxidierten Metallpulvers wird nicht angegeben.

US 2018/0051376 Al beschreibt die Herstellung eines geformten Gegenstandes aus einem Metallpulver über ein additives Verfahren, wobei die in den Bauraum eingebrachten Pulverpartikel mit einer Beschichtung aus einem„ Opfermaterial“ versehen sind. Bei dem Opfermaterial handelt es sich beispielsweise um ein Oxid. Die Metallpartikel und das Opfermaterial werden separat bereit gestellt und anschließend erfolgt das Aufbringen des Opfermaterials auf die Pulverpartikel über geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. CVD oder PVD.

P. Frigola et al.,“ Fabricating Copper Components with Electron Beam Melting”, Advanced Materials & Processes, Juli 2014, S. 20-24 beschreiben die Herstellung von Cu-Formkörpem durch Elektronenstrahlschmelzen. Dabei stellt sich jedoch die Problematik der hohen Reflektivität nicht. Auch R. Guschlbauer et ab,“ Herausforderung bei der Additiven Fertigung von Reinkupfer mit dem selektiven Elektronenstrahlschmelzen'’, Metall, 11/2017, S. 459- 462 beschreiben die Herstellung von Cu-Formkörpem durch

Elektronenstrahlschmelzen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines additiven Fertigungsverfahrens durch ein Faserstrahlschmelzen, das für Metalle mit geringer Faserstrahlabsorption geeignet ist und auch bei Verwendung von Fasern, die im infraroten Wellenlängenbereich arbeiten, die Herstellung metallischer Formkörper hoher Dichte ermöglicht.

Bevorzugt sollte der über die additive Fertigung erhaltene metallische Formkörper in seinen sonstigen Eigenschaften wie z.B. elektrischer oder thermischer Feitfähigkeit den Formkörpem, die über herkömmliche Verfahren wie z.B. Gießen hergestellt werden, möglichst nahe kommen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur additiven Fertigung eines metallischen Formkörpers durch Faserstrahlschmelzen, umfassend

(i) Aufbringen eines pulverförmigen Metalls in Form einer Schicht auf einem

Substrat in einem Bauraum, wobei das Metall

ein Metall der Gruppe 11 des Periodensystems der Elemente oder Aluminium oder eine Fegierung oder intermetallische Phase eines dieser Metalle ist und

- einen Sauerstoffgehalt von mindestens 2500 Gew.-ppm aufweist;

(ii) selektives Aufschmelzen des pulverförmigen Metalls in der Schicht durch einen Faserstrahl und Erstarren lassen des aufgeschmolzenen Metalls,

(iii) Aufbringen einer weiteren Schicht des pulverförmigen Metalls auf der zuvor aufgebrachten Schicht, (iv) selektives Aufschmelzen des pulverförmigen Metalls in der weiteren Schicht durch den Laserstrahl und Erstarren lassen des aufgeschmolzenen Metalls;

(v) Wiederholung der Schritte (iii) - (iv), bis der metallische Formkörper

fertiggestellt ist.

Die Metalle der Gruppe 11 des Periodensystems der Elemente wie Kupfer, Silber oder Gold sowie das Metall Aluminium haben als gemeinsames Merkmal, dass sie im NIR-Bereich, insbesondere im Wellenlängenbereich von 800-1250 nm (und damit im Wellenlängenbereich der meisten derzeit verfügbaren kontinuierlich strahlenden Hochleistungslaser) eine Absorption von weniger als 20% aufweisen.

Durch die Verwendung eines Pulvers dieser Metalle, dessen Sauerstoffgehalt mindestens 2500 Gew.-ppm beträgt, lässt sich bei der Laserbehandlung ein stabiles Schmelzbad realisieren. Dies wiederum führt nach dem Erstarren zur Bildung eines Metalls hoher Dichte.

Bevorzugt ist das Metall der Gruppe 11 des Periodensystems der Elemente Kupfer, Silber oder Gold oder eine Legierung oder intermetallische Phase eines dieser Metalle.

Unter dem Begriff„Legierung eines Metalls“ wird eine Legierung verstanden, die dieses Metall als Hauptkomponente (z.B. in einem Anteil von mehr 50 at%, bevorzugter mehr als 65 at% oder sogar mehr als 75 at%) und daneben ein oder mehrere Legierungselemente enthält. Weiterhin kann die Legierung beispielsweise zwei oder mehrere der oben genannten Metalle (z.B. mindestens zwei Metalle der Gruppe 11 des Periodensystems oder mindestens ein Metall der Gruppe 11 des Periodensystems und Aluminium) in einer Gesamtmenge von mindestens 65 at%, bevorzugter mindestens 75 at% oder sogar mindestens 85 at% enthalten. Der Sauerstoffgehalt des Metalls wird in einem Reduktions-Extraktionsverfahren gemäß DIN EN ISO 4491-4:2013-08 bestimmt.

Bevorzugt weist das pulverförmige Metall einen Sauerstoffgehalt von mindestens 3500 Gew.-ppm, bevorzugter mindestens 5000 Gew.-ppm auf

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das pulverförmige Metall einen Sauerstoffgehalt im Bereich von 2500-15000 Gew.-ppm, bevorzugter 3500-10000 Gew.-ppm, noch bevorzugter 5000-10000 Gew-ppm, am meisten bevorzugt 5500- 10000 Gew-ppm auf.

Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben, kann es bevorzugt sein, das nach einem der Laserschmelzschritte erstarrte Metall oder den metallischen Formkörper einer thermischen Behandlung im Vakuum oder in einer reduzierenden

Gasatmosphäre zu unterziehen. Durch diese thermische Behandlung kann dem Metall der Sauerstoff zumindest teilweise wieder entzogen werden, was sich auf bestimmte Eigenschaften wie thermische oder elektrische Leitfähigkeit vorteilhaft auswirken kann. Mit einem Sauerstoffgehalt von maximal 15000 Gew.-ppm, bevorzugter maximal 10000 Gew.-ppm kann die für die thermische Behandlung erfoderliche Zeitdauer verkürzt werden.

In einer beispielhaften Ausführungsform besteht das Metall aus Kupfer, Sauerstoff in einer der oben angegebenen Mengen und optional einem oder mehreren weiteren Bestandteilen, die, sofern anwesend, in einer Gesamtmenge von maximal 1 Gew%, bevorzugter maximal 0,5 Gew%, noch bevorzugter maximal 0,04 Gew% vorliegen.

Ein pulverförmiges Metall, das Sauerstoff in den oben angegebenen Mengen enthält, kann über Verfahren hergestellt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Bevorzugt wird das pulverförmige Metall über eine Verdüsung in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre hergestellt. Geeignete Prozessbedingungen, durch die der Sauerstoffgehalt des Pulvers eingestellt werden kann, sind dem Fachmann bekannt oder können gegebenenfalls durch Routineversuche ermittelt werden. Bei einer Verdüsung wird geschmolzenes Metall in kleine Tröpfchen zerteilt und diese erstarren rasch, bevor sie in Kontakt miteinander oder mit einer festen Oberfläche kommen. Das Prinzip des Verfahrens beruht auf der Zerteilung eines dünnen, flüssigen Metallstrahls durch einen mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden Gasstrom. Wie dem Fachmann bekannt ist, kann durch Variieren von

Prozessparametem wie Form und Anordnung der Düsen, Druck und Mengenstrom des Verdüsungsmediums oder Dicke des flüssigen Metallstrahls die Teilchengröße in einem weiten Bereich eingestellt werden.

Geeignete Partikelgrößen eines Metallpulvers im Rahmen eines additiven

Fertigungsverfahrens sind dem Fachmann bekannt oder können gegebenenfalls durch Routineversuche bestimmt werden. Beispielsweise weist das pulverförmige Metall eine Volumenverteilungssummenkurve mit Partikelgrößen im Bereich von 1-100 mhi auf. In einer beispielhaften Ausführungsform weist das pulverförmige Metall eine Volumenverteilungssummenkurve mit einem di 0 -Wert von mindestens 2 mhi und einem dyo-Wcrt von höchstens 90 mhi auf.

Die Partikelgrößenverteilung anhand einer Volumenverteilungssummenkurve wird durch Laserbeugung bestimmt. Das Pulver wird als Trockendispersion mittels

Laserbeugungs-Partikelgrößenanalyse gemäß der ISO 13320:2009 vermessen und aus den Messdaten wird die Volumenverteilungssummenkurve bestimmt. Aus der Volumenverteilungssummenkurve lassen sich gemäß ISO 9276-2:2014 die Werte d l0 und d 90 errechnen. Hierbei bedeutet zum Beispiel„d l0 “, dass 10 Vol.-% der Partikel einen Durchmesser unterhalb dieses Wertes aufweisen.

Das Aufbringen des pulverförmigen Metalls in Form einer Schicht auf einem

Substrat in einem Bauraum einer Vorrichtung für Laserstrahlschmelzen erfolgt unter Bedingungen, die dem Fachmann im Rahmen eines additiven Fertigungsverfahrens bekannt sind. Bei dem Substrat kann es sich um die noch unbeschichtete Bauplatte im Bauraum der Vorrichtung oder alternativ um zuvor bereits auf der Bauplatte abgeschiedene Materialschichten des herzustellenden Formkörpers handeln. Alternativ könnte man auch einen schon vorgefertigten Einleger auf diesem oder einem anderen Werkstoff verwenden. Das schichtförmige Aufbringen des pulverförmigen Metalls erfolgt beispielsweise durch ein Rakel, eine Walze, eine Presse oder durch Siebdruck oder eine Kombination aus mindestens zwei dieser Methoden. Nach dem Aufbringen des Pulvers kann beispielsweise ohne weitere Zwischenschritte der Schritt (ii) erfolgen.

Bevorzugt liegt in dem Bauraum eine inerte oder reduktive Gasatmosphäre vor.

In Schritt (ii) erfolgt das selektive Aufschmelzen des pulverförmigen Metalls durch mindestens einen Laserstrahl. Mit dem Begriff„selektiv“ wird bekanntermaßen zum Ausdruck gebracht, dass im Rahmen der additiven Fertigung eines Formkörpers das Aufschmelzen des Metallpulvers auf Basis digitaler 3D-Daten des Formkörpers nur in definierten, vorgegebenen Bereichen der Schicht stattfindet.

Laser, die für die additive Fertigung durch Laserstrahlschmelzen verwendet werden können, sind dem Fachmann bekannt. Durch die Verwendung des oben

beschriebenen Metallpulvers kann auch mit einem Laserstrahl mit einer Wellenlänge im IR-Bereich ein vorteilhaftes Aufschmelzverhalten realisiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird daher ein IR-Laser, also ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge im Infrarotbereich (z.B. 750 nm bis 30 pm), für die additive Fertigung des metallischen Formkörpers verwendet. Alternativ können aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Laserstrahlen mit einer niedrigeren Wellenlänge, beispielsweise im Bereich des sichtbaren Lichts (z.B. 400-700 nm), verwendet werden. Nach dem Erstarren des aufgeschmolzenen Metalls kann beispielsweise ohne weitere Zwischenschritte der Schritt (iii) erfolgen. Alternativ kann beispielsweise nach Schritt (ii) und vor Schritt (iii) das erstarrte Metall einer thermischen Behandlung unterzogen werden. Diese thermische Behandlung wird bevorzugt im Vakuum (z.B. bei 10 3 bis 10 6 mbar, bevorzugter 10 4 bis 10 5 mbar) oder in einer reduzierenden Gasatmosphäre (z.B. einer Gasatmosphäre, die Wasserstoff oder ein Formiergas enthält) durchgeführt. Die thermische Behandlung wird beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich von 0,1 x T m bis 0,99 x T m durchgeführt, wobei T m die Schmelztemperatur des Metalls ist. Beispielsweise kann die thermische Behandlung bei einer relativ moderaten Temperatur im Bereich von 0,1 x T m bis 0,6 x T m durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, die Temperaturbehandlung bei einer höheren Temperatur im Bereich von 0,6 x T m bis 0,99 x T m durchzuführen. Handelt es sich bei dem Metall um Kupfer, wird die thermische Behandlung des erstarrten Metalls beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich von 1 l0°C bis 980°C durchgeführt. Beispielsweise kann die thermische Behandlung des erstarrten Kupfers bei einer Temperatur im Bereich von 1 l0°C bis 650°C, bevorzugter l50°C bis 400°C durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, die Temperaturbehandlung des erstarrten Kupfers bei einer höheren Temperatur im Bereich von 650°C bis bis 980°C, bevorzugter 700°C bis 900°C durchzuführen. Die thermische Behandlung des erstarrten Metals im Vakuum oder in einer reduzierenden Atmosphäre kann sich auf bestimmte Eigenschaften wie thermische oder elektrische Leitfähigkeit vorteilhaft auswirken.

Zwischen Schritt (ii) und Schritt (iii) wird die Bauplatte bevorzugt um einen Betrag abgesenkt, der im Wesentlichen der Schichtdicke der aufgebrachten Pulverschicht entspricht. Diese Vorgehens weise im Rahmen der additiven Fertigung eines

Formkörpers ist dem Fachmann allgemein bekannt.

Das Aufbringen einer weiteren Schicht des pulverförmigen Metalls in Schritt (iii) kann auf die gleiche Weise erfolgen wie in Schritt (i). Auch Schritt (iv) kann auf die gleiche Weise durchgeführt werden wie Schritt (ii). Optional kann nach Schritt (iv) erneut eine thermische Behandlung unter den bereits oben beschriebenen

Bedingungen durchgeführt werden. Die oben beschriebenen Verfahrensschritte werden wiederholt, bis der metallische Formkörper fertiggestellt ist.

Nach seiner Fertigstellung wird der metallische Formkörper bevorzugt einer thermischen Behandlung unterzogen. Wie oben bereits beschrieben, wird diese thermische Behandlung bevorzugt im Vakuum (z.B. bei 10 3 bis 10 6 mbar, bevorzugter 10 4 bis 10 5 mbar) oder in einer reduzierenden Gasatmosphäre (z.B. einer Gasatmosphäre, die Wasserstoff oder ein Formiergas enthält) durchgeführt. Die thermische Behandlung wird beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich von 0,1 x T m bis 0,99 x T m durchgeführt, wobei T m die Schmelztemperatur des Metalls ist. Beispielsweise kann die thermische Behandlung bei einer relativ moderaten

Temperatur im Bereich von 0,1 x T m bis 0,6 x T m durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, die Temperaturbehandlung bei einer höheren Temperatur im Bereich von 0,6 x T m bis 0,99 x T m durchzuführen. Handelt es sich bei dem Metall um Kupfer, wird die thermische Behandlung des Formkörpers beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich von 1 l0°C bis 980°C durchgeführt. Beispielsweise kann die thermische Behandlung des Formkörpers bei einer Temperatur im Bereich von 1 l0°C bis 650°C, bevorzugter l50°C bis 400°C durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, die Temperaturbehandlung des Formkörpers bei einer höheren Temperatur im Bereich von 650°C bis bis 980°C, bevorzugter 700°C bis 900°C durchzuführen. Die Dauer der thermischen Behandlung beträgt beispielsweise 1-180 Stunden, bevorzugter 5-40 Stunden. Die thermische Behandlung des Formkörpers im Vakuum oder in einer reduzierenden Atmosphäre kann sich auf bestimmte

Eigenschaften wie thermische oder elektrische Leitfähigkeit vorteilhaft auswirken. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des oben

beschriebenen pulverförmigen Metalls für die additive Fertigung durch

Laserstrahlschmelzen. Hinsichtlich der bevorzugten Eigenschaften des

pulverförmigen Metalls kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.

Durch die nachfolgenden Beispiele wird die Erfindung eingehender erläutert.

Beispiele In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde für das selektive Laserschmelzen folgender Laser verwendet: Yb Faserlaser, 1060-1100 nm.

Beispiel 1 In Beispiel 1 wurde ein Kupferpulver mit einem Sauerstoffgehalt von 7300 Gew.- ppm verwendet. Das Pulver wies eine Volumen-basierte Partikelgrößenverteilung mit einem di 0 -Wert von 20 mhi und einem d 90 -Wert von 52 mhi auf.

Das Kupferpulver wurde in dem Bauraum des Geräts in Form einer dünnen Schicht (Schichtdicke von etwa 20 mhi) auf die Bauplatte aufgebracht. Das Aufschmelzen des Metallpulvers in definierten Bereichen der aufgebrachten Schicht erfolgte bei Raumtemperatur. Als Gasatmosphäre im Bauraum wurde Argon verwendet.

Anschließend wurde der Laserschmelzschritt gestartet. Der Laserstrahl bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von 500 mm/s bei einer Strahlleistung von 370 W und einem Abstand benachbarter Linien von 70 pm über eine vordefinierte Fläche von 10 x 10 mm 2 der aufgebrachten Schicht.

Mit dem in Beispiel 1 verwendeten Kupferpulver bildete sich ein stabiles

Schmelzbad aus. Von der vom Laserstrahl erfassten Fläche wurden Schliffbilder angefertigt. Die Schliffbilder zeigen eine Struktur hoher Dichte. Die Porosität betrug lediglich 0,3%.

Bestimmt wurde die elektrische Leitfähigkeit (%IACS) des Formkörpers vor und nach Glühen (10 h bei 800°C im Vakuum):

Vorher: 64%

Nachher: 84 %

Die elektrische Leitfähigkeit wurde nach der Vier-Punkt-Methode bestimmt. Beispiel 2

In Beispiel 2 wurde ein Kupferpulver mit einem Sauerstoffgehalt von 5740 Gew.- ppm verwendet. Das Pulver wies eine Volumen-basierte Partikelgrößenverteilung mit einem dio-Wert von 16 mhi und einem dyo-Wcrt von 53 mhi auf.

Die Versuchsparameter waren identisch zu denen in Beispiel 1.

Mit dem in Beispiel 2 verwendeten Kupferpulver bildete sich ein stabiles

Schmelzbad aus.

Von der vom Laserstrahl erfassten Fläche wurden Schliffbilder angefertigt. Die Schliffbilder zeigen eine Struktur hoher Dichte. Die Porosität betrug lediglich 0,2%.

Bestimmt wurde die elektrische Leitfähigkeit (%IACS) des Formkörpers vor und nach Glühen (15 h bei 600°C im Vakuum):

Vorher: 66%

Nachher: 82 %

Die elektrische Leitfähigkeit wurde nach der Vier-Punkt-Methode bestimmt. Vergleichsbeispiel 1

In Vergleichsbeispiel 1 wurde ein Kupferpulver, mit einem Sauerstoffgehalt von 318 Gew-ppm verwendet. Das Pulver wies eine Volumen-basierte

Partikelgrößenverteilung mit einem dio-Wert von 20 mhi und einem dco-Wert von 56 mhi auf.

Das Kupferpulver wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 auf eine Bauplatte aufgebracht und einer Laserstrahlbehandlung unterzogen.

Mit dem in Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Kupferpulver konnte kein stabiles Schmelzbad ausgebildet werden und dementsprechend konnte kein mechanisch stabiles Bauteil hoher Dichte erhalten werden.

Von der vom Laserstrahl erfassten Fläche wurden Schliffbilder angefertigt. Die Schliffbilder zeigen eine defektreiche Struktur. Die Porosität betrug >5%.

Vergleichsbeispiel 2

In Vergleichsbeispiel 2 wurde ein Kupferpulver mit einem Sauerstoffgehalt von 2219 Gew-ppm verwendet. Das Pulver wies eine Volumen-basierte

Partikelgrößenverteilung mit einem dio-Wert von 15 mhi und einem dco-Wert von 41 mhi auf.

Das Kupferpulver wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 auf eine Bauplatte aufgebracht und einer Laserstrahlbehandlung unterzogen. Mit dem in Vergleichsbeispiel 2 verwendeten Kupferpulver konnte kein stabiles Schmelzbad ausgebildet werden und dementsprechend konnte kein mechanisch stabiles Bauteil hoher Dichte erhalten werden. Von der vom Laserstrahl erfassten Fläche wurden Schliffbilder angefertigt. Die Schliffbilder zeigen eine defektreiche Struktur. Die Porosität betrug 4,4%.

Die Ergebnisse der oben beschriebenen Beispiele sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 1 : Stabilität des Schmelzbades und Porosität des erstarrten Metalls