Kupfer im 3D-Druck

Kupfer zählt zu den faszinierendsten Werkstoffen der additiven Fertigung. Seine außergewöhnliche elektrische und thermische Leitfähigkeit macht es zum idealen Material für Bauteile, bei denen Energieübertragung oder Wärmeableitung eine zentrale Rolle spielen – von Induktoren über Kühlkörper bis hin zu Hochleistungsbauteilen in der Elektrotechnik.

Während dem Kupfer in der konventionellen Fertigung häufig Grenzen gesetzt sind, eröffnet der 3D-Druck ganz neue Möglichkeiten: Komplexe Innenstrukturen, integrierte Kühlkanäle und funktionsoptimierte Designs lassen sich direkt umsetzen – ohne Werkzeuge, mit maximaler Präzision und Designfreiheit.

Auf dem PROTIQ Marketplace finden Sie verschiedene Kupfer-Materialien, die für die additive Fertigung qualifiziert sind. So können Sie genau das Material wählen, das zu Ihrer Anwendung passt – vom klassischen Kupfer-Chrom-Zirkonium bis zu hochreinem Kupfer für anspruchsvollste Einsatzbereiche.

Kupfer – ein Werkstoff mit außergewöhnlichen Eigenschaften

Kupfer ist einer der ältesten und zugleich fortschrittlichsten Konstruktionswerkstoffe der Industrie. Es zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination aus physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften aus, die es für zahlreiche High-Tech-Anwendungen unverzichtbar machen. Besonders hervorzuheben sind seine hervorragende elektrische Leitfähigkeit sowie seine exzellente Wärmeleitfähigkeit. Diese Eigenschaften machen Kupfer zum bevorzugten Material für elektrische Leiter, Kontaktbauteile, Wärmetauscher und Kühlkomponenten.

Darüber hinaus besitzt Kupfer eine hohe Korrosionsbeständigkeit und lässt sich sehr gut recyceln, wodurch es auch unter Nachhaltigkeitsaspekten überzeugt. Seine antibakterielle Wirkung eröffnet zusätzliche Einsatzfelder in der Medizintechnik und in hygienisch sensiblen Bereichen. Je nach Legierung können die Festigkeit, Härte und Verformbarkeit gezielt angepasst werden – von weichen, hochleitfähigen Reinkupferqualitäten bis hin zu zäh-harten Werkstoffen wie Kupfer-Chrom-Zirkonium (CuCr1Zr), die eine hohe mechanische Stabilität bieten.

Kupfer verbindet Effizienz, Langlebigkeit und Vielseitigkeit auf einzigartige Weise und gilt nicht ohne Grund als Schlüsselmaterial moderner Energie-, Automobil- und Fertigungstechnologien.

Kupfer in der additiven Fertigung

So vielseitig Kupfer in der Industrie eingesetzt wird, so anspruchsvoll ist seine Verarbeitung – insbesondere, wenn es um den 3D-Druck geht. Die hohe Reflexion und Wärmeleitfähigkeit des Metalls stellen für viele Fertigungsverfahren eine technische Herausforderung dar. Dennoch eröffnet die additive Fertigung völlig neue Perspektiven, um die außergewöhnlichen Eigenschaften von Kupfer gezielt zu nutzen.

Mit modernen Laser-Schmelzverfahren (SLM) lassen sich heute komplexe Kupferbauteile herstellen, die mit konventionellen Methoden nicht realisierbar wären. Besonders spannend sind dabei Anwendungen, bei denen die elektrische oder thermische Leitfähigkeit im Mittelpunkt steht: Kühlkörper mit integrierten Kanälen, kompakte Wärmetauscher, Induktoren mit optimierten Geometrien oder Kontaktbauteile für Hochstromanwendungen.

Durch den 3D-Druck wird Kupfer zu einem Werkstoff, der nicht nur leistungsfähig, sondern auch designflexibel ist – ideal für Prototypen, Kleinserien und hochspezialisierte Bauteile, bei denen jede Geometrie zählt.

Kupfer-3D-Druck – eine Erfolgsgeschichte bei PROTIQ

Lange galt Kupfer im SLM-Verfahren als kaum beherrschbar: Die hohe Reflexion gegenüber Infrarotlaserstrahlung und die starke Wärmeleitfähigkeit verhinderten eine stabile Schmelze. 2013 gelang PROTIQ der Durchbruch mit hochleitfähigem RS-Kupfer – der erste praxisnahe Schritt, Kupfer additiv nutzbar zu machen. Darauf aufbauend qualifizierte PROTIQ Reinkupfer und entwickelte Pulverqualitäten, Scanstrategien und Prozessparameter kontinuierlich weiter. Heute fertigt PROTIQ Bauteile aus 100 % Kupfer mit elektrischen Leitfähigkeiten bis 58 MS/m (≈ 100 % IACS) bei einer Dichte von 8,9 g/cm³ – ideal für Induktoren, kompakte Wärmetauscher, hochstromfähige Kontakte und Kühlkörper mit integrierten Kanälen. Neu im Portfolio ist mittlerweile auch das Reinkupfer low-O₂ – eine besonders reine Materialvariante, die sich für Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Leitfähigkeit und Prozessumgebung eignet.

Beitrag aus dem Archiv:

Verschiedene Kupfer-Materialien für die additive Fertigung

Auf dem PROTIQ Marketplace finden Sie ein breites Spektrum qualifizierter Kupferwerkstoffe – vom robusten Kupfer-Chrom-Zirkonium (CuCr1Zr) für mechanisch belastbare Bauteile bis hin zum besonders reinen Reinkupfer low-O₂ für Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Leitfähigkeit und Materialreinheit. So steht für jede Anwendung das passende Kupfermaterial bereit – präzise verarbeitet, hochleitfähig und optimal auf Ihre Anforderungen abgestimmt.

Reinkupfer

Reinkupfer zählt zu den leistungsfähigsten Werkstoffen, wenn es um elektrische und thermische Leitfähigkeit geht. Mit seinen physikalischen Eigenschaften ist es das ideale Material für die additive Fertigung von Bauteilen, die Energie leiten, Wärme ableiten oder Ströme bündeln – etwa Induktoren, Kühlkörper, Kontaktbauteile oder Wärmetauscher.

Additiv gefertigtes Reinkupfer von PROTIQ erreicht eine elektrische Leitfähigkeit von bis zu 58 MS/m (≈ 100 % IACS) und eine Wärmeleitfähigkeit von rund 400 W/(m·K). Bei einer Dichte von 8,9 g/cm³ und einer Zugfestigkeit von etwa 220 MPa übertrifft es damit herkömmliche, im 3D-Druck eingesetzte Kupferlegierungen deutlich – sowohl hinsichtlich Leitfähigkeit als auch Effizienz.

Durch die stetige Weiterentwicklung der SLM-Prozessparameter und Pulverqualitäten erzielt PROTIQ heute eine außergewöhnliche Bauteildichte und Oberflächenqualität. Das ermöglicht Kupferbauteile, die höchste elektrische und thermische Anforderungen erfüllen und gleichzeitig von der Designfreiheit der additiven Fertigung profitieren.

Die Eigenschaften von Reinkupfer

Dank seiner Eigenschaften ist reines Kupfer das ideale Material für die Herstellung von elektrischen und thermischen Leitern.

• Elektrische Leitfähigkeit: bis zu 58 MS/m
• Wärmeleitfähigkeit: 400 ± 15 W/(m*K)
• Dichte: 8,9 g/cm³
• Zugfestigkeit: 220 ± 10 MPa

Reinkupfer low-O₂

Reinkupfer low-O₂ ist eine besonders reine Variante des klassischen Reinkupfers, die durch einen stark reduzierten Sauerstoffgehalt gekennzeichnet ist. Diese Materialqualität zeichnet sich durch eine außergewöhnlich hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit aus und ermöglicht den Einsatz in besonders sensiblen oder leistungsintensiven Umgebungen.

Durch die nahezu vollständige Abwesenheit von Sauerstoff entstehen Bauteile mit besonders homogener Struktur und stabilen Materialeigenschaften. Das macht Reinkupfer low-O₂ ideal für Anwendungen, bei denen Energieübertragung, Wärmeableitung oder Signalreinheit eine entscheidende Rolle spielen – etwa in der Hochfrequenztechnik, in Induktoren, Kontaktbauteilen oder Präzisionskomponenten mit hohen Anforderungen an Materialreinheit.

Mit diesem Werkstoff erweitert PROTIQ das Angebot im Bereich der leitfähigen Metalle um eine Variante, die maximale Performance und Reinheit vereint – für anspruchsvolle Anwendungen, bei denen jede Leitfähigkeit zählt.

Anwendungsgebiete für Kupfer-Bauteile aus dem 3D-Druck

Additiv hergestellte Wärmetauscher und Kühlkörper

Kupfer verfügt aufgrund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit über ideale Voraussetzungen für den Einsatz in Wärmetauschern und Kühlkörpern. Die aufgenommene Wärme wird im Material schnell verteilt und effizient abgeführt – ein entscheidender Vorteil in thermisch anspruchsvollen Anwendungen.

Durch die additive Fertigung lassen sich darüber hinaus Geometrien realisieren, die den Wärmetransport weiter optimieren. Komplexe Strukturen wie dreidimensional gekrümmte Kühlrippen, Gitter oder integrierte Kanalsysteme vergrößern die Oberfläche im Übergangsbereich und verbessern so den Wärmeübergang zum Kühlmedium. Das Ergebnis sind kompakte, leistungsstarke Komponenten mit maximaler Effizienz bei minimalem Bauraum.

Prototypen für Elektronikkomponenten aus Kupfer

In der Entwicklung neuer Produkte zählt vor allem eines: Geschwindigkeit. Besonders im Elektronikbereich entscheiden kurze Iterationszyklen und funktionale Prototypen über den Markterfolg. Damit elektrische Tests und thermische Analysen aussagekräftig sind, müssen die verwendeten Prototypen möglichst dieselben Materialeigenschaften aufweisen wie die späteren Serienbauteile.

Für Komponenten, die hohe Ströme leiten – etwa Stromschienen, Kontaktbauteile oder Verbindungselemente – ist Kupfer mit seiner hohen Leitfähigkeit daher unverzichtbar. Durch die additive Fertigung mit Kupfer können solche Funktionsprototypen schnell, präzise und werkzeuglos hergestellt werden. Designänderungen lassen sich innerhalb kürzester Zeit umsetzen, wodurch Entwicklungsphasen deutlich verkürzt und Produktideen schneller validiert werden können.

3D-gedruckte Komponenten für Elektromotoren

Die Elektrifizierung von Industrie und Mobilität zählt zu den zentralen Zukunftsthemen unserer Zeit. Im stark wachsenden Markt der Elektromobilität entscheidet Effizienz über Wettbewerbsfähigkeit – jedes Prozent Wirkungsgrad kann einen entscheidenden Unterschied machen.

Additiv gefertigte Kupferkomponenten leisten hier einen wichtigen Beitrag. Durch den 3D-Druck von Funktionsbauteilen im elektrischen Antriebsstrang lassen sich Entwicklungszeiten verkürzen und innovative Designs realisieren, die mit konventionellen Verfahren kaum umsetzbar wären. Besonders in der Prototypenphase ermöglichen 3D-gedruckte Hairpin-Windungen, Wickelköpfe oder Leiterstrukturen schnelle Tests und gezielte Designanpassungen.

Darüber hinaus eröffnen neue Fertigungsansätze, wie additiv aufgebaute Blechpakete, Potenzial für eine höhere Packungsdichte und damit für eine verbesserte Energieeffizienz des gesamten Elektromotors. Die additive Verarbeitung von Reinkupfer macht diese Entwicklungen möglich – präzise, reproduzierbar und im Serienmaterial.

Kupfer-Induktoren aus dem 3D-Drucker

Induktoren für die induktive Erwärmung – etwa beim Randschichthärten oder Löten – müssen hohe Ströme führen und zugleich effizient gekühlt werden. Daher bestehen sie meist aus hohlen Kupferspulen, durch die Kühlwasser fließt. Diese Bauweise erfordert höchste Präzision, da bereits geringe Abweichungen die Erwärmungsqualität beeinflussen können.

Der Prozess ist umso effizienter, je besser der Induktor an die Form des zu erwärmenden Werkstücks angepasst ist und je höher seine elektrische Leitfähigkeit ausfällt. Konventionelle Fertigungsverfahren stoßen hier schnell an geometrische Grenzen.

Durch die additive Fertigung lassen sich Induktoren heute individuell, präzise und hochleitfähig aus Reinkupfer herstellen – mit komplexen Innenkanälen, optimierten Strömungswegen und perfekt an die Werkstückgeometrie angepasster Form. So entstehen Bauteile, die eine gleichmäßigere Erwärmung ermöglichen und innerhalb weniger Tage gefertigt werden können.

Kupferkompetenz von PROTIQ – Qualität, Effizienz und Präzision

Mit der additiven Fertigung von Kupfer schafft PROTIQ einen spürbaren Mehrwert für Ihre Anwendungen. Ob Induktoren, Wärmetauscher oder komplexe Prototypen – die Bauteile sind nicht nur passgenau auf Ihr Projekt zugeschnitten, sondern überzeugen durch eine ideale elektrische und thermische Leitfähigkeit. So maximieren Sie die Effizienz Ihrer Prozesse in zweierlei Hinsicht: Sie optimieren den Energie- oder Wärmefluss Ihrer Anwendung und verkürzen gleichzeitig die Produktionszeit Ihrer Komponenten.

Als erfahrener Partner im Bereich Additive Manufacturing unterstützt PROTIQ Sie von der Idee bis zum fertigen Bauteil. Auf Wunsch erfolgt eine rechnergestützte Optimierung Ihrer Kupferspulen – durch Simulationen der induktiven Erwärmung lassen sich die Geometrien gezielt an Ihre Prozessanforderungen anpassen.

Darüber hinaus profitieren Sie von den Möglichkeiten des PROTIQ Marketplace: Erstellen Sie Ihre individuellen Kupferbauteile einfach online, wählen Sie das passende Material und erhalten Sie Ihr fertiges Teil in kürzester Zeit. Dank jahrelanger Erfahrung, technischer Präzision und kontinuierlicher Weiterentwicklung ist PROTIQ Ihr zuverlässiger Partner für additiv gefertigte Kupferbauteile – von der Idee bis zur Serie.

Häufig gestellte Fragen zu Kupfer im 3D-Druck