Durch die zunehmende Elektrifizierung verschiedener industrieller Sektoren wie beispielsweise der Mobilität und Energieversorgung steigt unter anderem auch der Bedarf an leistungselektronischen Stromwandlern. Konventionelle Schaltungsträger im Bereich der Leistungselektronik wie DCB- und AMB-Substrate weisen neben der bedingten Möglichkeit einer flexiblen Herstellung auch Einschränkungen hinsichtlich der vertikalen Integrationsmöglichkeit aktiver und passiver Bauelemente sowie des Wärmemanagements auf.
Anhand der Additiven Fertigung können mit dem Verfahren des Laser Powder Bed Fusions (LPBF) 3D-Metallisierungen auf keramischen Substratmaterialien gefertigt und somit weitere Anwendungsmöglichkeiten leistungselektronischer Schaltungsträger erschlossen werden.
Vorliegende Dissertation adressiert maßgeblich die beiden Themengebiete des LPBF von Kupfer und der Herstellung eines Verbundmaterials von Kupfer und Aluminiumoxid im selben Verfahren. Unter Verwendung eines 500 W Yb:YAG-Lasers werden Untersuchungen zur Verarbeitung von Kupferpulver durchgeführt und die Haupteinflussfaktoren auf das Schmelz- sowie Prozessverhalten identifiziert. Dadurch können Parameterkombinationen ermittelt werden, welche die Verarbeitung von Kupfer zu konventionellen Eigenschaften ermöglichen. Darüber hinaus können durch Anpassung der Laserparameter an ausgewählte Schichtbereiche Aluminiumoxid-Keramiken stoffschlüssig, durch das Entstehen einer Reaktionszone, mit darauf geschmolzenem Kupfer verbunden werden.
Aktualisiert: 2023-02-16
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Die vorliegende Arbeit untersucht die Entstehung und Dynamik von Kristalldefekten während der (Re-)Kristallisation von lasergeschmolzenen Silizium-Einkristallen. Initial enthalten die Kristalle keine größeren Kristalldefekte, wie Versetzungen. Die zentralen Erkenntnisse sind:
Typische (Re-)Kristallisationsgeschwindigkeiten nach einer Laserschmelzung verursachen übersättigte Konzentrationen intrinsischer Punktdefekte im erstarrten Volumen. Dabei sind sowohl Zwischengitteratome als auch Leerstellen übersättigt.
Abhängig von der Abkühlrate nach der Erstarrung bilden sich drei Regime der defektreichen Mikrostruktur des rekristallisierten Volumens aus. Regime #1 enthält keine Defekte, die mittels Elektronemikroskopie oder optischer Spektroskopie nachweisbar sind. Das Charakteristikum von Regime #2 sind kleine Punktdefektcluster. Insgesamt ähnelt die Mikrostruktur von Regime #2 derjenigen, die typischerweise nach der Bestrahlung mit hochenergetischen Teilchen und anschließender Wärmebehandlung entsteht. Für Regime #3 identifiziert sowohl das Ätzverfahren nach Secco als auch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Versetzungen im erstarrten Volumen. Außerdem zeigt TEM mit höherer Auflösung Versetzungsringe und Stapelfehlertetraeder in der Mikrostruktur von Regime #3. Beide Defekte entstehen durch Kondensation intrinsischer Punktdefekte. Darüber hinaus misst Raman-Spektroskopie für Regime #3, im Gegensatz zu Regime #1 und #2, mechanische Eigenspannungen.
Insgesamt entwickelt sich folgende Modellvorstellung: Die (Re-)Kristallisation nach einer Laserschmelzung erzeugt übersättigte Punktdefektkonzentrationen, welche zur Reduktion der Übersättigung zu Clustern aggregieren, die ab einer gewissen Größe zu Versetzungsringen kollabieren. Aufgrund der laserinduzierten thermischen Spannungen entsteht aus den Versetzungsringen die komplexe, versetzungsreiche Mikrostruktur von Regime #3.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Dieses Grundlagenwerk für die industrielle Entwicklung und Konstruktion
von additiv gefertigten Serien- und Endkundenteilen stellt praxisgerecht
neue Methoden, Wissen und Vorgehensweisen bereit, die eine erfolgreiche
Implementierung additiver Verfahren in Unternehmen unterstützen.
Aktualisiert: 2021-08-26
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Aktualisiert: 2021-04-08
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Aktualisiert: 2021-03-23
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Die nutzbringende Anwendung additiver Fertigungsverfahren erfordert einen sicheren Umgang mit der Technologie. Hierzu ist fundiertes Wissen über die verwendeten Verfahren und Werkstoffe, aber auch über die fertigungsgerechte Konstruktion, die Qualitätssicherung sowie den strategisch sinnvollen Einsatz der Verfahren erforderlich. Dieses Wissen wird durch das Handbuch praxisnah vermittelt.
Aktualisiert: 2022-11-27
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Aktualisiert: 2022-03-23
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Die nutzbringende Anwendung additiver Fertigungsverfahren erfordert einen sicheren Umgang mit der Technologie. Hierzu ist fundiertes Wissen über die verwendeten Verfahren und Werkstoffe, aber auch über die fertigungsgerechte Konstruktion, die Qualitätssicherung sowie den strategisch sinnvollen Einsatz der Verfahren erforderlich. Dieses Wissen wird durch das Handbuch praxisnah vermittelt.
Aktualisiert: 2023-04-03
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Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Prozessparametern und prozessspezifischen Charakteristika auf die Mikrostruktur und das mechanische Verhalten von über das selektive Laserschmelzen hergestellten Strukturen untersucht. Aufgrund der mit diesem Verfahren verbundenen hohen Designfreiheit galt es insbesondere, das Trag- und Verformungsverhalten sowie die Schädigungsentwicklung von Strukturen unterschiedlich komplizierter Geometrie zu charakterisieren, wobei metallische Materialien deutlich unterschiedlicher Festigkeit und Duktilität betrachtet wurden. Unter Verwendung der digitalen Bildkorrelation wurden tiefgehende Einblicke in die Verformungsmechanismen und Beanspruchungsverteilungen auf makroskopischer und lokaler Ebene gewonnen. Die Auswirkungen mikrostruktureller Ausprägungen in Abhängigkeit der Geometrie wurden dabei einbezogen.
Aktualisiert: 2021-10-19
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Dieses Grundlagenwerk für die industrielle Entwicklung und Konstruktion
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Aktualisiert: 2021-04-08
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Kupfer und Kupferlegierungen spielen vor allem aufgrund ihrer großen thermischenund
elektrischen Leitfähigkeit eine elementare Rolle in industriellen Anwendungen. Die
Verbindung der großen geometrischen Freiheit beim selektiven Laserschmelzen mit
der großen thermischen und elektrischen Leitfähigkeit von Kupferlegierungen eröffnet
neuartige konstruktive und technologische Anwendungsmöglichkeiten.
Aktualisiert: 2021-07-10
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