Additive Fertigung von elektrisch leitfähigem mehrlagigem Nanokupfer in einer Luftumgebung

Die additive Fertigung (AM) funktioneller Kupfer (Cu)-Teile ist ein wichtiges Ziel für viele Industrien, von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zur Elektronik, da Cu eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit besitzt und etwa 10× günstiger als Silber ist. Frühere Studien zur AM von Cu haben sich hauptsächlich auf hochenergetische Fertigungsprozesse wie Laser-Pulverbettfusion, Elektronenstrahlschmelzen und Binderstrahlschmelzen konzentriert. Diese Prozesse erfordern alle eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung in einer sauerstofffreien Umgebung. Dieser Artikel zeigt einen AM-Weg zu mehrlagigen Mikroteilen aus neuartigen Nanopartikel (NP) Cu-Rohstoffen, der in einer Luftumgebung durchgeführt wird und einen Niedrigleistungs-(<10 W) Lasersinternprozess anwendet. Cu NP-Tinte wurde anhand von zwei Mechanismen aufgetragen: Tintenstrahldruck und Streichen, gefolgt von einer Niedrigleistungs-Laserbestrahlung zur Partikelkonsolidierung. Anfangs wurden Teile mit einer Höhe von etwa 100 µm hergestellt, was durch das mehrlagige Drucken von 15 (beschichteten) bis 300 (tintenstrahlbedruckten) Schichten erreicht wurde. Es gab keine Hinweise auf oxidiertes Kupfer im gesinterten Material, jedoch wurden sie als niederdichte, poröse Strukturen gefunden. Dennoch wurde eine elektrische Resistivität von ~28 × 10−8 Ω m erreicht. Insgesamt zielt diese Studie darauf ab, grundlegendes Wissen für die Skalierung des Prozesses zur additiven Herstellung von Cu-3D-Teilen von erheblicher Größe durch sequenzielle Nanometall-Tintenabtrags- und Niedrigleistungs-Laserbearbeitung anzubieten.