Pure copper (Cu) has the properties of high optical reflectivity and surface tarnishing as well as excellent thermal and electrical conductivity. Accordingly, laser-based additive manufacturing (AM) techniques confront various difficulties to produce thismaterial. In contrast, the electron beam melting (EBM) process is paving to become an excellent method to manufacture AM parts from such materials. This is since theelectron beam is not influenced by the optical reflectivity of the material. Furthermore, EBM works under vacuum that can protect the powder material from oxidization. In addition, the high working temperature and preheating process for each layer canensure a uniform heat input and a much lower cooling rate. Hence, the EBM processcan significantly prevent the parts from delamination failure caused by residual stress. Accordingly, this research work is intended to investigate the EBM processability and geometrical freedom/accuracy of EBM made copper components. The 99.95% pure Cu powder with a particle size range of 45-100μm are used to produce samples. All the samples are built with a certain layer thickness of 50μm with altering parameters, including the processing temperature, line offset, focus offset, beamspeed, and beam current. It is found that the processing temperature of 500°C leadsto low density and severe lateral melting/sintering. Accordingly, the temperature is lowered to 450°C, 400°C, 350°C, and 310°C to control the excessive lateral melting. Since dense parts could only be produced above 400°C, this work focuses on developing 400°C processing temperature with different line offset, focus offset, beamspeed, and beam current. However, it is observed that the processing window of the EBM process is rather narrow, too high or too low energy input could both result in a porous part with severe distortion. After many experimental optimizations runs, the combination of the optimum parameters is reached which can deliver parts with over 99% density and a good geometrical stability. After optimization, the benchmark partsare designed and manufactured according to electrical and thermal applications (using the optimum parameters). Afterwards, the corresponding geometrical freedomand accuracy of the copper components made by EBM is assessed and discussed. / Ren koppar (Cu) har egenskaper som hög optisk reflektivitet och ytans anlöning samt utmärkt termisk och elektrisk ledningsförmåga. Följaktligen möter laserbaserad additiv tillverkning (additive manufacturing, AM) olika svårigheter när det gäller att producera detta material. Däremot är elektronstrålesmältning ("electron beam melting", EBM) på väg att bli en utmärktmetod för att tillverka AM-delar av sådana material. Detta beror på att elektronstrålen inte påverkas av materialets optiska reflektivitet. Dessutom arbetar EBM under vakuum som kan skydda pulvermaterialet från oxidering. Dessutom kan den höga arbetstemperaturen och förvärmningsprocessen för varje lager säkerställa en jämn värmetillförsel och en mycket lägre kylningshastighet. EBM-processen kan därför i hög grad förhindra att delamineringsfel orsakade av restspänningar uppstår. Syftet med detta forskningsarbete är därför att undersöka EBM-processbarheten och den geometriska friheten/precisionen hos EBM tillverkade kopparkomponenter. Det 99,95 % rena Cu-pulvret med ett partikelstorleksområde på 45-100 μm används för att producera prover. Alla prover är byggda med en viss tjocklek på 50 μm med ändrade parametrar, inklusive bearbetningstemperatur, linjeförskjutning, fokusförskjutning, strålhastighet och strålström. Det har visat sig att bearbetningstemperaturen på 500°C leder till låg densitet och allvarlig lateral smältning/sintring. Följaktligen sänks temperaturen till 450°C, 400°C, 350°C och 310°C för att kontrollera den överdrivna laterala smältningen. Eftersom täta delar endast kunde produceras över 400°C, fokuserar detta arbete på att utveckla 400°C bearbetningstemperatur med olika linjeförskjutning, fokusförskjutning, strålhastighet och strålström. Det observeras dock att bearbetningsfönstret för EBMprocessen är ganska smalt, för hög eller för låg energitillförsel kan båda resultera i en porösdel med allvarlig förvrängning. Efter många experimentella optimeringskörningar uppnås kombinationen av de optimala parametrarna som kan leverera delar med över 99% densitet och en god geometrisk stabilitet. Efter optimering designas och tillverkas benchmarkdelarna i enlighet med elektriska och termiska applikationer (med optimala parametrar). Därefter bedöms och diskuteras motsvarande geometriska frihet och noggrannhet hos kopparkomponenterna tillverkade av EBM.

Additive tillverkning (AM) är en tillverkningsteknik som har använts i stor utsträckning i industrier de senaste åren. Electron beam melting (EBM) är en innovativ teknik för tillverkning inom ortopediska implantat- och flygindustrin för att EBM erbjuder hög produktivitet och lägre kostnad per del. Jämfört med traditionella tillverkningsmetoder kan EBM tillverka delar med betydande mekaniska egenskaper, men det finns några vanliga brister som hindrar EBMs förmåga att bli en vanligare bearbetningsmetod vid tillverkning. I detta arbete, som tar an formen av en State of the Art Rapport, introduceras EBM-metoden på teknisk nivå och jämförs med andra AM-metoder och konventionella tillverkningsmetoder. / Additive manufacturing (AM) is a manufacturing technology that has been widely used in industries in recent years. Electron beam melting (EBM) is an innovative technology for manufacturing of the orthopedic implant and aerospace industry because EBM offers high productivity and lower cost per part. Compared to traditional manufacturing methods, EBM can produce parts with significant mechanical properties, but there is some common shortcoming that prevent EBM's ability to become a more common processing method in manufacturing. This work, which takes the form of a State of the Art Report, introduces the EBM method at the technical level and compares with other AM methods and conventional manufacturing methods.

Within the framework of this thesis, the electron beam melting of pure copper for the purpose of producing electrical windings was examined. The conventional manufacturing process of copper windings was investigated, and the potential advantages offered by the design freedom inherent in the electron beam melting process were explored. A comprehensive parameter study was conducted to optimize the existing production parameters for the electron beam melting of pure copper, with a specific focus on achieving the desired material properties suitable for electric motor windings. Moreover, according to additive manufacturing possibilities, conceptual winding models were developed and subsequently were fabricated in a laboratory setting using electron beam melting. The investigation revealed a notable correlation between the achievable wall thickness and the focus offset. A focused electron beam, which was achieved with a focus offset of 17 mA, allowed for the production of thinner walls with reduced surface roughness. Additionally, the study highlighted that the density of the manufactured parts decreased as the hatch offset increased, particularly posing a more critical impact on smaller cross-sectional areas than larger ones. Furthermore, implementing a double-scanned contour for the hatch contributed to diminishing roughness while simultaneously increasing the maximum density to 99.6 %. Influencing the electrical conductivity of printed copper samples through heat treatment was successfully demonstrated, resulting in a conductivity of 91.7% ± 1.8% IACS post-heat treatment. / Inom ramen för denna avhandling undersöktes elektronstrålesmältningen av ren koppar i syfte att producera elektriska lindningar. Den konventionella tillverkningsprocessen av kopparlindningar undersöktes, och de potentiella fördelarna som erbjuds av designfriheten som är inneboende i elektronstrålesmältningsprocessen undersöktes. En omfattande parameterstudie genomfördes för att optimera befintliga produktionsparametrar för elektronstrålesmältning av ren koppar, med särskilt fokus på att uppnå önskade materialegenskaper lämpliga för elmotorlindningar. Dessutom, i enlighet med additiva tillverkningsmöjligheter, utvecklades konceptuella lindningsmodeller och tillverkades därefter i laboratoriemiljö med användning av elektronstrålesmältning. Undersökningen avslöjade en anmärkningsvärd korrelation mellan den möjliga väggtjockleken och fokusförskjutningen. En fokuserad elektronstråle, som uppnåddes med en fokusförskjutning på 17 mA, möjliggjorde produktion av tunnare väggar med minskad ytjämnhet. Dessutom visade studien att densiteten hos de tillverkade delarna minskade när avståndet mellan smältlinjerna ökade, vilket i synnerhet innebar en mer kritisk påverkan på mindre tvärsnittsareor än större. Dessutom bidrog implementeringen av en dubbelskannad kontur för luckan till att minska grovheten samtidigt som den maximala densiteten ökade till 99,6 %. Att påverka den elektriska ledningsförmågan hos tryckta kopparprover genom värmebehandling demonstrerades framgångsrikt, vilket resulterade i en ledningsförmåga på 91,7 % ± 1,8 % IACS efter värmebehandling.