Übersicht
Bei der additiven Fertigung (AM), auch bekannt als 3D-Druck, werden Metallpulver verwendet, um Bauteile Schicht für Schicht auf der Grundlage digitaler Modelle zu konstruieren. Das Pulver dient als Ausgangsmaterial und wird durch präzise Wärmequellen, die sich an den CAD-Geometrien orientieren, selektiv geschmolzen, gesintert oder gebunden.
Zu den gängigen AM-Verfahren für Metalle gehören Binder-Jetting, gerichtete Energieabscheidung, Pulverbettschmelzen und Blechlaminierung. Jedes Verfahren erfordert Pulver mit spezifischen Eigenschaften, um eine optimale Dichte, Oberflächengüte, Maßgenauigkeit und mechanische Eigenschaften der gedruckten Teile zu erreichen.
Dieser Leitfaden bietet einen ausführlichen Überblick über Metallpulver für AM, einschließlich Legierungsoptionen, Produktionsmethoden, wichtige Pulvereigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen, Lieferanten und Kaufüberlegungen bei der Materialbeschaffung. Hilfreiche Vergleichstabellen fassen die technischen Daten zusammen und helfen bei der Auswahl und Qualifizierung von Pulvern.
Die Beschaffung von optimiertem AM-Pulver ermöglicht es Herstellern, die Druckqualität zu verbessern, Fehler zu reduzieren und die Vorteile des 3D-Drucks wie Designfreiheit, schnellere Iteration und Teilekonsolidierung voll zu nutzen. Die Verbindung mit sachkundigen Lieferanten vereinfacht die Qualifizierung von Rohstoffen.
Legierungsoptionen für AM-Pulver
Eine breite Palette von Metallen und Legierungen ist als optimiertes Pulvermaterial für 3D-Druckverfahren verfügbar:
Gemeinsame Legierungssysteme für Additives Fertigungspulver
- Rostfreie Stähle
- Werkzeugstähle
- Titan und Titanlegierungen
- Aluminium-Legierungen
- Nickel-Superlegierungen
- Kobalt-Chrom-Legierungen
- Edelmetalle wie Gold, Silber
- Exotische Legierungen wie Kupfer, Tantal, Wolfram
Sowohl Standard- als auch kundenspezifische Legierungen können beschafft werden, um spezielle Anforderungen in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, Härte, Leitfähigkeit oder andere Eigenschaften zu erfüllen.
Metallpulver-Produktionsmethoden für AM
Bei der additiven Fertigung wird Metallpulver verwendet, das durch:
Typische Metallpulver-Herstellungsmethoden für AM
- Gaszerstäubung
- Wasserzerstäubung
- Plasma-Zerstäubung
- Elektrolyse
- Carbonyl-Eisen-Verfahren
- Mechanisches Legieren
- Metallhydrierung/Dehydrierung
- Sphäroidisierung des Plasmas
- Körnung
Kugelförmig zerstäubte Pulver bieten einen optimalen Fluss und eine dichte Packung, die für die meisten AM-Verfahren erforderlich sind. Einige Techniken ermöglichen nanoskalige oder maßgeschneiderte Legierungspartikel.
Hauptmerkmale von AM-Metallpulver
Zu den kritischen Pulvereigenschaften für AM gehören:
Metall Additives Fertigungspulver Eigenschaften
| Charakteristisch | Typische Werte | Bedeutung |
|---|---|---|
| Partikelgrößenverteilung | 10 bis 45 Mikrometer | Beeinflusst Verdichtung, Oberflächenbeschaffenheit |
| Partikelform | Sphärisch | Verbessert Pulverfluss und Verpackung |
| Scheinbare Dichte | 2 bis 4 g/cc | Einflüsse auf die Pulverbettdichte |
| Dichte des Gewindebohrers | 3 bis 6 g/cc | Zeigt die Kompressibilität an |
| Hall-Durchflussmenge | 25-50 s/50g | Sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des Pulvers |
| Verlust bei Zündung | 0.1-0.5% | Niedriger Feuchtigkeitsgehalt verbessert den Druck |
| Sauerstoffgehalt | <0,1% | Minimiert Defekte durch Oxide |
Die genaue Kontrolle von Merkmalen wie Partikelgröße, -form und -chemie ist entscheidend, um vollständig dichte AM-Teile mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
Anwendungen von AM Metal Powder
Die additive Fertigung ermöglicht komplexe Geometrien, die mit herkömmlichen Techniken nicht möglich sind:
Additive Fertigungsanwendungen aus Metall
| Industrie | Verwendet | Vorteile |
|---|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Turbinenschaufeln, Strukturen | Gestaltungsfreiheit, Gewichtsreduzierung |
| Medizinische | Implantate, Prothetik, Instrumente | Maßgeschneiderte Formen |
| Automobilindustrie | Leichtgewichtige Prototypen und Werkzeuge | Schnelle Iteration |
| Verteidigung | Drohnenteile, Schutzstrukturen | Schnelle Prototypen und Kleinserien |
| Energie | Wärmetauscher, Sammelleitungen | Teilekonsolidierung und Topologieoptimierung |
| Elektronik | Abschirmung, Kühlvorrichtungen, EMI | Komplexe geschlossene Strukturen |
Leichtbau, Teilekonsolidierung und Hochleistungslegierungen für extreme Umgebungen bieten entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Fertigungsmethoden.
Spezifikationen für AM Metal Powder
Internationale Spezifikationen helfen, die Eigenschaften von AM-Pulvern zu standardisieren:
Metallpulver-Normen für die additive Fertigung
| Standard | Umfang | Parameter | Testmethoden |
|---|---|---|---|
| ASTM F3049 | Leitfaden für die Charakterisierung von AM-Metallen | Probenahme, Größenanalyse, Chemie, Defekte | Mikroskopie, Beugung, SEM-EDS |
| ASTM F3001-14 | Titanlegierungen für AM | Partikelgröße, Chemie, Strömung | Siebung, SEM-EDS |
| ASTM F3301 | Nickellegierungen für AM | Analyse von Form und Größe der Partikel | Mikroskopie, Bildanalyse |
| ASTM F3056 | Rostfreier Stahl für AM | Chemie, Pulvereigenschaften | ICP-OES, Pyknometrie |
| ISO/ASTM 52921 | Standardterminologie für AM-Pulver | Definitionen und Pulvereigenschaften | Verschiedene |
Die Einhaltung der veröffentlichten Spezifikationen gewährleistet wiederholbare, qualitativ hochwertige Pulverrohstoffe für kritische Anwendungen.
Globale Lieferanten von AM-Metallpulver
Zu den führenden internationalen Anbietern von AM-optimierten Metallpulvern gehören:
Hersteller von Metallpulvern für die additive Fertigung
| Anbieter | Materialien | Typische Partikelgröße |
|---|---|---|
| Sandvik | Rostfreier Stahl, Werkzeugstahl, Nickellegierungen | 15-45 Mikrometer |
| Praxair | Titan, Superlegierungen | 10-45 Mikrometer |
| AP&C | Titan-, Nickel- und Kobalt-Legierungen | 5-25 Mikrometer |
| Zimmerer-Zusatzstoff | Kobalt-Chrom, Edelstahl, Kupfer | 15-45 Mikrometer |
| LPW-Technologie | Aluminiumlegierungen, Titan | 10-100 Mikrometer |
| EOS | Werkzeugstahl, Kobalt-Chrom, Edelstahl | 20-50 Mikrometer |
Viele konzentrieren sich auf feine sphärische Pulver, die speziell für gängige AM-Methoden wie Binder-Jetting, Pulverbettfusion und gerichtete Energieabscheidung entwickelt wurden.
Überlegungen zum Einkauf von AM-Metallpulver
Wichtige Aspekte, die mit den Lieferanten zu besprechen sind:
- Gewünschte Legierungszusammensetzung und Eigenschaften
- Zielpartikelgrößenverteilung und -form
- Hüllendichte und Fließfähigkeit der Halle
- Zulässiger Gehalt an Verunreinigungen wie Sauerstoff und Feuchtigkeit
- Erforderliche Prüfdaten und Pulvercharakterisierung
- Verfügbarer Mengenbereich und Lieferzeiten
- Besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung von pyrophoren Legierungen
- Qualitätssysteme und Rückverfolgbarkeit des Pulverursprungs
- Technisches Fachwissen über die Anforderungen an AM-Pulver
- Logistik und Liefermechanismen
Arbeiten Sie eng mit Lieferanten zusammen, die Erfahrung mit AM-spezifischen Pulvern haben, um die ideale Materialauswahl für Ihren Prozess und Ihre Komponenten sicherzustellen.
Vor- und Nachteile von AM Metal Powder
Vorteile und Beschränkungen von Metallpulver für die additive Fertigung
| Vorteile | Benachteiligungen |
|---|---|
| Ermöglicht komplexe, kundenspezifische Geometrien | Höhere Kosten als bei herkömmlichen Materialien |
| Verkürzt die Entwicklungszeit drastisch | Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung von Pulver erforderlich |
| Vereinfacht Baugruppen und Leichtgewichte | Nachbearbeitung häufig bei gedruckten Teilen erforderlich |
| Erzielt Eigenschaften, die denen von Knetwerkstoffen nahe kommen | Einschränkungen bei Größe und Bauvolumen |
| Eliminiert teure Werkzeuge | Thermische Spannungen können Risse und Verformungen verursachen |
| Ermöglicht Teilekonsolidierung und Topologieoptimierung | Geringere Produktionsmengen als bei herkömmlichen Methoden |
| Verbessert das Kauf-zu-Flug-Verhältnis erheblich | Erfordert rigorose Pulvercharakterisierung und Parameterentwicklung |
Bei richtiger Anwendung bietet Metall-AM bahnbrechende Vorteile, doch die erfolgreiche Umsetzung erfordert Fachwissen.
FAQs
Wie klein kann die Partikelgröße bei der additiven Fertigung von Metallen sein?
Spezialisierte Zerstäubungstechniken können Pulver mit einer Größe von 1-10 Mikron herstellen. Die meisten Metalldrucker arbeiten jedoch am besten mit einer Mindestgröße von 15-20 Mikron, um einen guten Fluss und eine gute Packung zu gewährleisten.
Was sind die Ursachen für eine schlechte Oberflächenqualität bei gedruckten Metallteilen?
Oberflächenrauhigkeit entsteht durch teilweise geschmolzenes, an der Oberfläche haftendes Pulver, Spritzer, Treppenstufen und suboptimale Schmelzbadeigenschaften. Die Verwendung von feineren Pulvern und die Einstellung idealer Verarbeitungsparameter glättet die Oberfläche.
Arbeiten alle Metall-3D-Druckverfahren mit denselben Pulvern?
Es gibt zwar Überschneidungen, aber beim Binder-Jetting wird im Allgemeinen eine breitere Pulvergrößenverteilung verwendet als beim Pulverbettschmelzen. Einige Verfahren sind aufgrund von Schmelzpunkten oder Reaktivität auf bestimmte Legierungen beschränkt.
Wie werden gemischte oder bimetallische Pulver hergestellt?
Vorlegierte Pulver gewährleisten einheitliche Eigenschaften, aber für Verbundwerkstoffe werden durch physikalische Pulvermischung oder spezielle Zerstäubungstechniken maßgeschneiderte Mischungen von elementaren Pulvern hergestellt.
Wie lange dauert es, das Pulvermaterial in einem Metalldrucker zu wechseln?
Eine vollständige Spülung und Umstellung zwischen deutlich unterschiedlichen Legierungen dauert in der Regel 6-12 Stunden. Ein schneller Wechsel zwischen ähnlichen Materialien kann weniger als eine Stunde dauern.
Schlussfolgerung
Optimierte Metallpulver ermöglichen additive Fertigungsverfahren zur Herstellung komplexer, robuster Metallkomponenten mit hervorragenden Eigenschaften. Die Abstimmung der Legierungschemie und der Pulvereigenschaften auf das Druckverfahren und die Anforderungen an die Bauteilleistung ist entscheidend für qualitativ hochwertige Ergebnisse. Durch die Zusammenarbeit mit erfahrenen Pulverlieferanten können Endanwender ihr Fachwissen sowohl in der Pulverherstellung als auch im 3D-Druckverfahren nutzen, um Teile schneller und zuverlässiger zu entwickeln. Kontinuierliche Fortschritte bei Metallpulvern tragen dazu bei, dass additive Verfahren in allen wichtigen Industriezweigen verstärkt eingesetzt werden.