DE102018131628A1 - Verfahren zum Herstellen eines Formteils sowie Formteil - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils mittels eines Kupfer-3D-Druckens, wobei auf einem Grundkupferbauteil, welches im Wesentlichen frei von Kupfer-3D-Druck hergestellt wurde, eine Kupferstruktur aufgedruckt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils mittels eines Kupfer-3D-Druckens sowie ein Formteil.
  • Bei Hochleistungskühlkörpern aus Kupfer werden häufig Noppen oder entsprechende Kühlelemente aus Kupfer auf einer Kupfergrundplatte angebracht. Die Herstellung ist sehr aufwändig, da jede einzelne Noppe mit der Grundplatte stoffschlüssig verbunden werden muss.
  • Weiterhin könnte ein derartiger Hochleistungskühlkörper direkt mittels 3D-Drucken hergestellt werden. Auch hier sind die Arbeitsschritte deutlich erhöht oder dauern sehr lange und die Stoffeigenschaften wie Elastizität, Biegsamkeit und dergleichen sind gegenüber Grundplatten, welche mittels eines Pressvorgangs oder mittels Umformens gewonnen würden, deutlich eingeschränkt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den entsprechenden zugehörigen Unteransprüchen. Zudem wird die Aufgabe gelöst durch ein Formteil gemäß Anspruch 9, wobei wiederum vorteilhafte Ausgestaltungen dem Anspruch 10 entnommen werden können.
  • Vorliegend besteht die Grundidee darin, auf einem Grundbauteil aus Kupfer entsprechende Strukturen mittels 3D-Druckens aufzubringen. Somit kann vorteilhafter Weise die Grundplatte aus Kupfer die gewünschten stofflichen Eigenschaften aufweisen, wohingegen die Kühlelemente, wie beispielsweise Kühlnoppen oder Kühlrippen, mittels Drucken beliebig angeordnet und platziert werden können.
  • Somit muss nicht der gesamte Kühlkörper mittels 3D-Druck hergestellt werden, sodass sowohl Fertigungszeiten verkürzt werden können und spezielle Ausgestaltungen der Kühlelemente realisiert werden.
  • Mithin können also die Kühlelemente beispielsweise mittels Lasersintern von Kupferpulver oder Kupferlegierungspulver gewonnen werden.
  • Vorliegend können insbesondere die Kühlelemente, wie Kühlnoppen und Kühlrippen, im Inneren hohl gestaltet werden, sodass ein Leichtbauelement realisierbar ist.
  • Zudem können komplexe Strukturen innerhalb der Kühlelemente realisiert werden. Derartige komplexe Strukturen sind insbesondere Öffnungen, welche durch Bohren oder Fräsen nicht gewonnen werden können. Zum Beispiel kann es sich hierbei um einen helixförmigen oder spiralförmigen Gang handeln, welcher von der Kontaktfläche der Grundplatte bis zu einer Spitze des Kühlelements reicht.
  • Für den Fall, dass in der Grundplatte eine Öffnung gegeben ist, welche einem Luftaustausch bzw. durch eine Wasserkühlung zugängig ist, kann durch ein Entlangführen eins Hohlraumes innerhalb der Noppe nach außen zu einer Öffnung geführt werden, wodurch ein zusätzlicher Kühleffekt aufgrund eines Luftstroms/ Wasserströmung realisierbar ist.
  • Durch die komplexen Strukturen der Hohlräume kann die Kontaktzeit der Luft oder Wasser beim Durchströmen des Kühlkörpers deutlich erhöht werden.
  • Es sei angemerkt, dass derartige komplexe Strukturen und Hohlräume auch mit gedruckten Grundplatten herstellbar sind.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
    • 1 eine schematische Darstellung eines Hochleistungskühlkörpers aus Kupfer mit einer mittels Tiefziehen oder durch Walzen gewonnenen Kupfergrundplatte und mittels Kupfer-3D-Druck aufgebrachten Kühlnoppen, wobei zur Verdeutlichung der Erfindung nur eine geringe Anzahl von Kühlnoppen dargestellt wurde.
  • Ein Hochleistungskühlkörper 101 weist eine aus reinem Kupfer mittels Tiefziehen oder Walzen hergestellte (Kupfer-)Grundplatte (103) auf. Auf dieser Grundplatte 103 wurden mittels Kupfer-3D-Druck Kühlnoppen 105 aufgebracht. Bei dem diesbezüglichen Kupfer-3D-Druck wurde ein Kupferlegierungspulver mittels Laseraufschmelzung aufgebracht.
  • An einzelnen Stellen weist die Kupfergrundplatte 103 Durchgangslöcher auf, wobei oberhalb dieser Durchgangslöcher eine Kühlnoppe 105 mit einem spiralförmigen Luftdurchlass/ Wasserdurchlass 107 aufgebracht wurde.
  • Vorliegender Hochleistungskühlkörper 101 wird auf eine Leistungselektronik wärmekontaktierend aufgebracht. Dabei wurden Kühlkanäle wie Luftkanäle oder Wasserkanäle an der Grundplatte vorgesehen, sodass eine Luftströmung oder Wasserströmung entlang der Unterseite der Kupfergrundplatte 103 zu den spiralförmigen Luftdurchlässen oder Wasserdurchlässen 107 gelangen kann.
  • Aufgrund dessen, dass die Kupfergrundplatte hervorragende Wärmeleitfähigkeiten und die aus der Kupferlegierung bestehenden Kühlnoppen gute Wärmeleiteigenschaften aufweisen, kann insgesamt ein Leichtbauteil bereitgestellt werden, welches hervorragende Wärmeeigenschaften hat.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    Kühlkörper
    103
    Kupfergrundplatte
    105
    Kühlnoppen
    107
    Spindelförmiger Luftdurchlass

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Formteils (101) mittels eines Kupfer-3D-Druckens, wobei auf einem Grundkupferbauteil (103), welches im Wesentlichen frei von Kupfer-3D-Druck hergestellt wurde, eine Kupferstruktur (105) aufgedruckt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundkupferbauteil mittels Gießen oder Umformen hergestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil als ein Kühlkörper ausgestaltet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferstruktur als eine Kühlrippe oder mehrere Kühlrippen und/oder als eine Kühlnoppe oder mehrere Kühlnoppen ausgestaltet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Kupfer-3D-Druckens die Kühlrippe oder die Kühlrippen und/oder die Kühlnoppe oder die Kühlnoppen derart ausgestaltet wird, dass die Kühlrippe oder die Kühlrippen und/oder die Kühlnoppe oder die Kühlnoppen einen geschlossenen, halboffenen oder durchgangsgeöffneten Hohlraum aufweisen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum als komplexe Struktur (107) ausgestaltet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kupfer-3D-Druck ein Druckmaterial mit einem Kupferanteil größer als 50,0 Masse-%, größer 60,0 Masse-%, größer 70,0 Masse-%, größer 85,0 Masse-% oder größer 98,0 Masse-% verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundkupferbauteil eine Kupferlegierung mit einem Kupferanteil größer 50,0 Masse-% oder im Wesentlichen reines Kupfer aufweist.
  9. Formteil, welches nach einem Verfahren nach den vorherigen Ansprüchen hergestellt ist.
  10. Formteil nach Anspruch 9, wobei das Formteil als Leichtbaukühlkörper ausgestaltet ist.
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