Ganzheitliche Qualifizierung von Kupfer für das Binder-Jetting-Verfahren mit gezielter Porositätseinstellung anhand von Wärmetauschern für die Elektromobilität

Motivation

Eine Herausforderung der E-Mobilität ist es, die Ladezeiten der eingesetzten Hochleistungsbatterien zu minimieren. Dazu müssen Elektrofahrzeuge bei möglichst hohen Ladeströmen aufgeladen werden. Bei diesem Ladeprozess entsteht Verlustwärme, die mithilfe eines Wärmetauschers effizient abgeführt werden muss, damit die Batterie nicht temperaturbedingt beschädigt wird. Aus diesem Grund muss die Leistungsfähigkeit bestehender Wärmetauscher weiter gesteigert werden.

Ziel des Vorhabens AddXChange ist die ganzheitliche Qualifizierung des Werkstoffes Kupfer für das Binder-Jetting-Verfahren (BJT) am Beispiel von Wärmetauschern für die Elektromobilität. Bei diesem additiven Fertigungsverfahren wird flüssiges Bindemittel selektiv auf ein Pulverbett aufgetragen und zu einem Werkstück verfestigt. Der Forschungsfokus liegt dabei auf der ganzheitlichen Betrachtung der gesamten Prozesskette sowie der gezielten Porositätseinstellung und der Einbringung strömungsleitender Strukturen.

Ziele

Phase 1:

Kupferpulver wird durch unsere industriepartner mittels Gasverdüsung hergestellt. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Passivierung der Partikeloberfläche, um optimale Verarbeitungseigenschaften einzustellen. Am IAM-WK werden diese Pulver hinsichtlich einer Vielzahl von Parametern hin untersucht, um eine optimale Auswahl für BJT zu treffen:

  1. Partikelform
  2. Partikelgrößenverteilung
  3. Kristallstruktur
  4. Partikelagglomeration
  5. Partikelhohlräume
  6. Chemische Zusammensetzung

Phase 2:

Die ausgewälten Pulver werden durch das wbk mittels BJT verarbeitet und anschließend in Zusammenarbeit zwischem dem wbk und IAM-WK konsolodiert. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf die grundlegenden Abläufe des Sinterns passierter Pulverpartikel:

  1. Chemische Zusammensetzung
  2. Mikrostrukurelle Veränderungen
  3. Analyse der Mesostrukturen
  4. Auswirkungen auf die relevanten, physikalischen Eigenschaften

Abschließend soll eine ganzheitliche Beurteilung aller Einflüsse auf das physikalische Verhalten von BJT-Kupfer erarbeitet werden.

Investigations

  • Rasterelektronenmikroskopie
  • Röntgendiffraktometrie
  • Chemsiche Analyse
  • Lokale Oxidanalysen mittels Atomsondentomographie

Förderung

Innovation Campus Future Mobility (ICM)