TruPrint 5000 Green Edition

Im Rahmen des von CERN koordinierten *Projekts I.FAST (Innovation Fostering in Accelerator Science and Technology) wurde mit der TruPrint 5000 Green Edition ein Radiofrequenz-Quadrupole (RFQ) gedruckt. Der Teilchenbeschleuniger ist additiv aus reinem Kupfer gefertigt. Konventionell wird das Bauteil aufwändig in mehreren Schritten gefräst, gelötet und wärmebehandelt, um eine verzugsfreie Herstellung sicherzustellen.

*Dieses Projekt wurde durch das Programm Horizont 2020 der Europäischen Union für Forschung und Innovation unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101004730 gefördert.

In der Elektromotorentwicklung bietet Additive Manufacturing vielfältige Vorteile: Das Design von Kupferwicklungen wird verbessert, sodass eine Anhebung des Kupferfüllfaktors möglich wird. Busbars bzw. Stromschienen können für reduzierte Verbindungen integriert werden. Durch die Kühlung des Gehäuses erhöht sich die eDrive-Leistung deutlich.

Der Gaskühler von Modell- und Formenbau Blasius Gerg wurde aus reinem Kupfer additiv gefertigt. Das durchgeleitete heiße Gas wird im Inneren des Wärmetauschers mittels Wasser gekühlt, wobei die TPMS (Triply Periodic Minimal Surface) Strukturen den Wirkungsgrad und Wärmeübergang optimieren.

In der abgebildeten Levitationsspule kann ein metallischer Körper im einem elektromagnetischen Feld zum Schweben und Schmelzen gebracht werden. Der nahtlose 3D-Druck des Bauteils reduziert Füge- und Lötstellen, um Undichtigkeiten im inneren Kühlkanal zu vermeiden. Komplexe Geometrieanforderungen an Wandstärke und Formgebung werden umgesetzt.

Die Wärmeleitfähigkeit des mit Reinkupfer gedruckten Transitorkühlers ist identisch mit dem von konventionellem Kupfer. Durch die neu gestaltete, additive optimierte Geometrie wird eine verbesserte Kühlleistung erzielt. Zudem ermöglich das Redesign eine effektive Direktmontage.

Die TruPrint 5000 Green Edition macht die flexible, wirtschaftliche Fertigung von Kühlern aus hochleitfähigem Reinkupfer möglich. Durch interne konturnahe Kühlkanäle verfügt das Bauteil über eine wesentlich verbesserte Kühlung.

Der innere Kühlkanal des aus reinen Kupfer gedruckten Wärmetauschers hat einen sehr flachen Ansatzpunkt und Überhangwinkel, der nur durch die Struktur gehalten wird. Das auf Massereduzierung ausgerichtete Design mit feinsten Strukturen (0,5 mm) garantiert ein gutes Oberflächen-/Gewichtsverhältnis. Die Materialeigenschaften entsprechen konventionellem Kupfer-ETP, ohne dass eine Wärmebehandlung direkt aus der Maschine erforderlich ist.

Die Kombination aus einem Additive Manufacturing-orientierten Design für eine stützenfreie Bauweise und eine für die Kühlleistung optimierte Geometrie, kombiniert mit der hohen Wärmeleitfähigkeit des Materials wie bei konventionellem reinem Kupfer, führt zu einer Steigerung der Gesamtleistung des Bauteils. Eine sehr dünne Wandung (0,4 - 0,5 mm) zum Halbleiteranschlussbereich verbessert außerdem die Wärmeabfuhr.

Kupferinduktoren bestehen konventionell aus mehreren Segmenten, die gebogen oder gefräst und miteinander verlötet werden. Per 3D-Druck aus reinem Kupfer können diese nun aus einem Stück ohne Lötstellen oder sonstige Schwachstellen gefertigt werden. So profitieren Sie von einem Designfreiheitsgrad, um den Induktorwirkungsgrad und dessen Energieverbrauch zu optimieren.

Designed by: SMS Elotherm GmbH.

Der Wärmetauscher aus reinem Kupfer ETP (CW004A) hat nicht nur die Aufgabe, einem Medium die Wärme zu entziehen. Er ist auch ein Flüssigkeitsmischer mit zwei separaten Einlässen an der Unterseite, die durch mehrere dünne Kanäle (Innendurchmesser von 1 mm) in einen Auslass an der Oberseite des Teils gemischt werden. Das Bauteil hat eine elektrische Leitfähigkeit von 101 %IACS, 394 W/(m*K) Wärmeleitfähigkeit und eine Teiledichte von 99,9 %.