Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAMKupfer ist aufgrund seiner hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ein unverzichtbarer Werkstoff für viele Anwendungen in der Elektronik, Energietechnik, Elektromobilität sowie Luft- und Raumfahrt. Gleichzeitig stellt die Verarbeitung von Kupfer hohe Anforderungen an die Fertigungsprozesse, insbesondere wenn komplexe Geometrien und Reproduzierbarkeit gefordert sind. Der Metallpulverspritzguss (Metal Injection Moulding, MIM) eröffnet hier neue Möglichkeiten. Das Verfahren kombiniert die Gestaltungsfreiheit des Spritzgusses mit den funktionalen Eigenschaften hochleitfähiger Metalle und ermöglicht die Herstellung komplexer Kupferbauteile in großen Stückzahlen. Das Fraunhofer IFAM verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Umsetzung von MIM-Prozessen und unterstützt Unternehmen entlang der gesamten Prozesskette.
Metallpulverspritzguss von Kupfer (Cu-MIM): Komplexe Bauteile mit hoher Leitfähigkeit wirtschaftlich fertigen
Die Vorteile von Cu-MIM
Ein wesentlicher Vorteil von Kupfer-MIM ist die hohe geometrische Komplexität, die sich mit dem Verfahren realisieren lässt. Filigrane und dünnwandige Strukturen oder funktionsintegrierte Bauteile können abgebildet werden, ohne dass aufwendige Nachbearbeitungsschritte notwendig sind. Insbesondere in Anwendungen mit begrenztem Bauraum oder hohen Anforderungen an die Miniaturisierung eröffnet dies neue Konstruktionsmöglichkeiten.
Hinzu kommt die Kosteneffizienz bei der Produktion hoher Stückzahlen. Durch automatisierte Prozessschritte und eine materialeffiziente Fertigung stellt Cu-MIM eine wirtschaftliche Alternative zu konventionellen Herstellungsverfahren wie Zerspanung dar. Gleichzeitig ermöglicht das Verfahren eine gleichbleibende Qualität und hohe Maßgenauigkeit, was insbesondere in anspruchsvollen technischen Anwendungen entscheidend ist.
Besondere Anforderungen bei Kupfer-MIM
Die Herstellung von Kupferbauteilen per Metallpulverspritzguss stellt besondere Anforderungen an den gesamten Prozess. Entscheidend sind u.a.:
- elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit
- Duktilität
- hohe Sinterdichte
- chemische Reinheit
- enge Maß- und Formtoleranzen
Diese Parameter müssen bereits in der Werkstoff- und Feedstockentwicklung sowie in der Auslegung der Prozessschritte berücksichtigt werden. Gerade bei Kupfer ist eine präzise Abstimmung von Material, Formgebung, Entbinderung und Sintern nötig, um die gewünschten Bauteileigenschaften sicher zu erreichen. Hier spielt Erfahrung in der Prozessentwicklung eine zentrale Rolle.
Entwicklung entlang der gesamten MIM-Prozesskette
Das Fraunhofer IFAM begleitet Unternehmen entlang der gesamten Prozesskette des Metallpulverspritzgusses. Durch die enge Verknüpfung von Werkstoffentwicklung, Prozessentwicklung und Fertigung können Wechselwirkungen frühzeitig berücksichtigt und Lösungen gezielt an die Anforderungen der Anwendung angepasst werden.
Das Leistungsspektrum umfasst:
- die Werkstoffentwicklung
- die Feedstockentwicklung
- die Auslegung geeigneter Spritzgießparameter
- die Entbinderungs- und Sinterprozessentwicklung
- die Simulation des Spritzgussprozesses
- die Qualitätssicherung des gesamten Herstellungsablaufs
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der maßgeschneiderten Pilotfertigung. Durch Test- und Probenbemusterungen können kundenspezifische Lösungen entwickelt und unter praxisnahen Bedingungen validiert werden. Materialcharakterisierungen nach anerkannten Normen schaffen dabei eine belastbare Grundlage für die weitere industrielle Umsetzung.
Extrusion von Cu-Feedstock als ergänzende Kompetenz
Neben der MIM-Technologie verfügt das Fraunhofer IFAM über umfassende Erfahrung in der Extrusion von Cu-Feedstock. Diese Kompetenz erweitert die Möglichkeiten in der Materialaufbereitung und unterstützt die Entwicklung hochwertiger Ausgangsmaterialien für pulverbasierte Formgebungsverfahren.
Die enge Verzahnung von MIM und Feedstock-Extrusion ermöglicht eine ganzheitliche Betrachtung der Material- und Prozesskette. Dadurch können Werkstoffeigenschaften gezielt eingestellt und an die Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen angepasst werden.
Anwendungsfelder von Cu-MIM
Die Kombination aus hoher Leitfähigkeit und komplexen Gestaltungsmöglichkeiten eröffnet zahlreiche Einsatzfelder. Einige Beispiele:
| Branche | Anwendungsbeispiele |
|---|---|
| Elektronik / Elektrotechnik |
|
| Automobil |
|
| Luft- und Raumfahrt |
|
| Energie- und Leistungstechnik |
|
Know-how-Transfer und Schulungen für Unternehmen
Neben der technischen Entwicklung unterstützt das Fraunhofer IFAM Unternehmen auch durch Know-how-Transfer und Schulungen. So können neue Verfahren, Materialien und Prozessschritte gezielt in industrielle Anwendungen überführt werden.
Damit trägt das Institut dazu bei, Wissen praxisnah zu vermitteln und die Umsetzung innovativer Fertigungstechnologien zu beschleunigen.
Fazit: Cu-MIM eröffnet neue Möglichkeiten für anspruchsvolle Kupferbauteile
Der Metallpulverspritzguss von Kupfer eröffnet neue Möglichkeiten für die Herstellung komplexer Bauteile mit hohen Anforderungen an elektrische und thermische Leitfähigkeit.
Sie möchten prüfen, ob Cu-MIM für Ihre Anwendung geeignet ist? Das Fraunhofer IFAM unterstützt Sie von der Material- und Bauteilentwicklung bis zur Pilotfertigung und industriellen Umsetzung.