Bei der additiven Fertigung (AM), auch bekannt als 3D-Druck, werden metallische und nicht-metallische Pulver verwendet, um Bauteile Schicht für Schicht aufzubauen. Die Wahl eines seriösen AM-Pulverlieferanten ist entscheidend für das Erreichen optimaler Materialeigenschaften, Leistung und Qualität des Endprodukts.
In diesem umfassenden Leitfaden finden Sie alles, was Sie über die Auswahl des richtigen Pulvers und Anbieters für die additive Fertigung wissen müssen, einschließlich:
Überblick über Additives Fertigungspulver
Pulver für die additive Fertigung beziehen sich auf die Rohstoffe, die beim Pulverbettschmelzen, der gerichteten Energieabscheidung, dem Binder-Jetting und anderen pulverbasierten AM-Verfahren verwendet werden.
Die wichtigsten Arten von AM-Pulvern:
- Metalle - Titan, Aluminium, Stahl, Nickel, Kobalt-Chrom
- Polymere - Nylon, PEEK, TPU, ABS, Polyamid
- Keramik - Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Siliziumkarbid
- Verbundwerkstoffe - Partikelverstärkt, Kurzfaser
Eigenschaften des Pulvers:
- Chemie - Reinheit, Zusammensetzung, Legierung
- Partikelgröße und -verteilung
- Partikelform - kugelförmig, unregelmäßig
- Dichte und Porosität
- Fließfähigkeit
- Feuchtigkeitsgehalt
Wichtige Pulverlieferanten:
- OEMs wie EOS, 3D Systems, GE Additive
- Metallpulverspezialisten wie AP&C, Sandvik, Praxair
- Große Metallproduzenten wie Carpenter, Höganäs, Rio Tinto
Die Wahl des optimalen Pulvertyps und der auf Ihren AM-Prozess und Ihre Anwendungen zugeschnittenen Parameter ist entscheidend für qualitativ hochwertige Teile.
Arten von Additives Fertigungspulver
Es gibt vier große Kategorien von AM-Pulvern für Metalle, Polymere, Keramiken und Verbundwerkstoffe:
Metall-Pulver
Zu den am häufigsten verwendeten Metallen gehören:
- Titan und Titanlegierungen
- Aluminium-Legierungen
- Rostfreie Stähle
- Werkzeugstähle
- Kobalt-Chrom-Legierungen
- Nickel-Superlegierungen
- Edelmetalle wie Gold, Silber
Vorteile: Hohe Festigkeit, Langlebigkeit, Wärmebeständigkeit
Anwendungen: Luft- und Raumfahrt, Medizin, Automobil, Industrie
Polymer-Pulver
Häufig verwendete Polymere:
- Nylon (PA12, PA11)
- ABS
- PEEK
- TPU
- Polyamid
Vorteile: Zähigkeit, chemische Beständigkeit, Flexibilität
Anwendungen: Konsumgüter, Industrieteile
Keramische Pulver
Beispiele hierfür sind:
- Tonerde
- Zirkoniumdioxid
- Siliziumkarbid
- Siliziumnitrid
- Tricalciumphosphat
Vorteile: Hohe Härte, Hitze-/Korrosionsbeständigkeit
Anwendungen: Zerspanungswerkzeuge, Dentaltechnik, Luft- und Raumfahrt
Verbundwerkstoff-Pulver
- Partikelverstärkte Metalle und Polymere
- Kurzfaserverstärkte Kunststoffe
Vorteile: Verbesserte mechanische Eigenschaften
Anwendungen: Automobilindustrie, Sportartikel, Infrastruktur
Der richtige Pulvertyp beeinflusst Teileigenschaften wie Festigkeit, Funktion, Ästhetik und mehr.
Additive Fertigung Pulvereigenschaften
AM-Pulver müssen strenge Spezifikationen erfüllen:
| Eigentum | Einzelheiten | Bedeutung |
|---|---|---|
| Chemie | Legierungszusammensetzung, Reinheitsgrad | Beeinflusst Mikrostruktur, Defekte, mechanische Eigenschaften |
| Partikelgröße | Durchschnittliche Größe und Verteilung | Beeinflusst Auflösung, Oberflächenbeschaffenheit, Dichte |
| Partikelform | Sphärische, unregelmäßige, satellitenförmige Partikel | Auswirkungen auf Packungsdichte, Fließfähigkeit, Streichfähigkeit |
| Dichte | Schütt- und Klopfdichte | Höhere Dichte ermöglicht größere Teiledichte |
| Strömungseigenschaften | Durchflussmenge, Schüttwinkel | Sicherstellung einer gleichmäßigen Verteilung des Pulvers während des Drucks |
| Feuchtigkeitsgehalt | Niedriger Feuchtigkeitsgehalt | Verhindert die Agglomeration des Pulvers und seine Zersetzung |
| Oberflächenoxide | Dünne, gleichmäßige Oxidschicht | Geringe Oxidation sorgt für hervorragenden Pulverfluss und Eigenschaften |
Eine strenge Kontrolle dieser Pulvereigenschaften ist für qualitativ hochwertige AM-Komponenten unerlässlich.
Anwendungen von Pulvern für die additive Fertigung
AM-Pulver werden in den folgenden Schlüsselindustrien und -anwendungen eingesetzt:
| Industrie | Anwendungen |
|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Turbinenschaufeln, Flugwerks- und Triebwerksstrukturen, Halterungen, Kühlkörper |
| Medizinische | Orthopädische und zahnmedizinische Implantate, chirurgische Instrumente, auf den Patienten abgestimmte Geräte |
| Automobilindustrie | Leichtgewichtige Komponenten, kundenspezifische Teile, Werkzeugbau |
| Industriell | Schwermaschinenteile, Robotik, Werkzeuge, Vorrichtungen und Halterungen |
| Verbraucher | Schmuck, Sammlerstücke, Spielminiaturen |
| Öl und Gas | Bohrlochwerkzeuge, Ventile, Bohrlochkopfteile, Pumpenkomponenten |
Weitere Anwendungen sind Architekturmodelle, Rapid Tooling, nukleare und chemische Anlagen.
AM ermöglicht eine schnellere und flexiblere Produktion komplexer, optimierter Teile in allen Sektoren.
AM-Pulver Spezifikationen
Die Eigenschaften und die Qualität von AM-Pulver können je nach Anforderung angepasst werden:
| Parameter | Optionen |
|---|---|
| Materialien | Metalle, Polymere, Keramiken, Verbundwerkstoffe |
| Chemie | Verschiedene Legierungen, Polymere, Verstärkungsmaterialien |
| Partikelgröße | Nano, Mikro, 10-45 μm, 15-150 μm usw. |
| Größenverteilung | Enge Verteilungen verfügbar |
| Partikelform | Überwiegend kugelförmig |
| Dichte | Bis zu ~98% theoretische Dichte |
| Durchflussmenge | Optimale Durchflussraten erreicht |
| Oberflächenoxide | Niedrige Oxidationswerte |
| Verunreinigung | Minimierte Verunreinigungswerte |
| Feuchtigkeitsgehalt | Niedriger Feuchtigkeitsgehalt |
Arbeiten Sie mit Ihren Lieferanten zusammen, um die Pulverspezifikationen auf Ihr AM-Verfahren, Ihren Materialbedarf und Ihre Endanwendungsanforderungen abzustimmen.
Designüberlegungen für AM-Pulver
Bestimmte Konstruktionsverfahren verbessern die Leistung von AM-Pulver:
- Änderung der Legierung - Anpassung der Zusammensetzung zur Optimierung der mechanischen Eigenschaften, zur Vermeidung von Heißrissbildung usw.
- Mischen - Mischen verschiedener Pulver zur Erzielung individueller Materialeigenschaften
- Beschichtungen - Auftragen spezieller Beschichtungen zum Schutz von Legierungspulvern vor Oxidation
- Siebung - Klassifizierung von Pulver in enge Korngrößenfraktionen
- Entgasung - Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen, die Porosität verursachen
- Fließhilfsmittel - Zugabe von nanoskaligen Fließmitteln zur Verbesserung der Fließfähigkeit von Pulvern
- Verjüngung - Recycling von Altpulver durch Entfernen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen
Arbeiten Sie eng mit Ihrem AM-Pulverlieferanten zusammen, um diese Designoptionen für hervorragende Bauteileigenschaften zu nutzen.
Normen für Additive Fertigungspulver
Wichtige Standards helfen, die Qualität und Konsistenz von AM-Pulver zu gewährleisten:
- ASTM F3049 - Standardleitfaden für die Charakterisierung von AM-Metallen
- ASTM F3055 - Standardspezifikation für additive Metalle
- ASTM F3213 - Norm für Metallpulver zum Schmelzen im Pulverbett
- ISO/ASTM 52915 - Standardspezifikation für die Legierung Ti-6Al-4V
- ASTM F3184 - Standard für Pulver aus rostfreiem Stahl
- ASTM F3301 - Norm für Nickellegierungspulver
- ISO/ASTM 52904 - Prozessmerkmale und Leistungs-QC von AM-Metallen
Pulverlieferanten und -verwender sollten sich an diese Normen halten, um die Qualität zu messen.
AM-Pulver-Lieferanten
Zu den weltweit führenden Herstellern von AM-Pulver gehören:
| Anbieter | Materialien | Beschreibung | Preisgestaltung |
|---|---|---|---|
| AP&C | Ti, Al, CoCr, Stähle | Spezialisierter Hersteller von sphärischen Pulvern | $xx-$xxx/kg |
| Sandvik | Ti, Ni, Al, Stähle | Breites Angebot an Legierungen für AM | $xx-$xxx/kg |
| Praxair | Ti, Ni, CoCr, Al | Hochwertige Pulver und Legierungspulver | $xx-$xxx/kg |
| Schreiner | Ti, CoCr, SS, Al | Breites Spektrum an Legierungen und Partikelgrößen | $xx-$xxx/kg |
| GE-Zusatzstoff | Ti, Al, CoCr, Cu | OEM bietet integrierte AM-Lösungen | $xx-$xxx/kg |
| Höganäs | Stähle, SS | Weltweit führender Anbieter von Pulvermetall | $xx-$xxx/kg |
Weltweit gibt es zahlreiche renommierte Anbieter, die hochwertige AM-Pulver für Metalle, Polymere, Keramiken und Verbundwerkstoffe anbieten.
Wie wählt man einen Lieferanten für Pulver für die Additive Fertigung aus?
Hier sind die wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl eines AM-Pulverlieferanten zu beachten sind:
- Technisches Fachwissen in der AM-Pulverherstellung
- Auswahl an Materialien angeboten - Metalle, Polymere, Keramiken usw.
- Qualitätsmanagement - Pulvercharakterisierung, Probenahme, Prüfung, Analyse, Dokumentation, Zertifizierungen
- Fähigkeiten von sphärischem Pulver - Für Dichte und Fließfähigkeit
- Anpassungsmöglichkeiten - Maßgeschneiderte Größenverteilung, Zusammensetzung, Beschichtungen usw.
- Verständnis des AM-Prozesses - Pulver optimiert für Ihre spezifische AM-Technologie
- F&E-Know-how - Laufende Pulverentwicklungen
- Kundendienst - Anwendungsberatung, Fehlersuche, Schulung
- Vorlaufzeiten - Verfügbarkeit der Bestände für eine schnelle Lieferung
- Preisgestaltung - Wettbewerbsfähig für Ihren Bedarf an Volumen und Qualität
Gehen Sie eine Partnerschaft mit einem Pulverhersteller ein, der sich für gleichbleibende Qualität und technischen Support einsetzt.
Lagerung von Pulver für die Additive Fertigung
Eine sachgemäße Lagerung von AM-Pulver bewahrt die Qualität des Materials und verhindert seine Zersetzung:
- Pulver in versiegelten Originalbehältern aufbewahren und vor Feuchtigkeit und Verunreinigung schützen
- Aufrechterhaltung kühler, trockener Bedingungen in der Einrichtung
- Begrenzung der Temperaturschwankungen, die zu einer Feuchtigkeitsaufnahme führen können
- Verwenden Sie ein FIFO-Bestandssystem (first-in-first-out)
- Behälter nur zum Zeitpunkt der Verwendung öffnen
- Entsorgen Sie verbrauchtes Pulver rechtzeitig
- Durchführung regelmäßiger Qualitätskontrollen des gelagerten Pulvers
- Chemie, Größenverteilung, Durchflussmenge, Oberflächenoxide prüfen
- Befolgen Sie alle Sicherheitsvorkehrungen - PSA, Umgang mit Inertgas, Kontrolle von Zündquellen
Eine ordnungsgemäße Lagerung ist entscheidend für die Stabilität des Pulvers und die Maximierung der Teilequalität im Laufe der Zeit.
Recycling Additive Manufacturing-Pulver
Verbrauchtes AM-Pulver kann recycelt werden:
| Methode | Übersicht |
|---|---|
| Thermische | Wärmebehandlung brennt Beschichtungen und Verunreinigungen ab |
| Mechanisch | Physikalische Verfahren entfernen Verunreinigungen und erfrischen Partikel |
| Chemisch | Chemische Prozesse entfernen Oberflächenoxide und Beschichtungen |
| Plasma | Plasmaenergie dissoziiert unerwünschte Elemente aus dem Pulver |
Vorteile des Recyclings:
- Reduziert die Pulverkosten erheblich
- Nachhaltigere Produktion
- Erzielt hohe Wiederverwendungsraten in bestimmten Legierungen
Arbeiten Sie mit Ihrem AM-Pulverlieferanten zusammen, um kosteneffiziente Pulverrecyclingverfahren einzuführen.
Kostenanalyse von Additive Fertigungspulver
Die Kosten für AM-Pulver variieren je nach Material erheblich:
| Material | Kosten pro kg |
|---|---|
| Aluminium-Legierungen | $50 – $120 |
| Titan-Legierungen | $170 – $450 |
| Rostfreie Stähle | $50 – $120 |
| Werkzeugstähle | $50 – $200 |
| Nickel-Superlegierungen | $150 – $500 |
| Kobalt Chrom | $150 – $300 |
| Polymere | $80 – $200 |
Die Kosten des Pulvers sind abhängig von:
- Basis-Materialkosten
- Zusammensetzung der Legierung
- Produktionsverfahren - Gas- oder Wasserzerstäubung
- Qualität - Verunreinigungen, Partikelgrößenverteilung
- Kaufvolumen - höhere Mengen führen zu niedrigeren Preisen
Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Pulverqualität und Erschwinglichkeit ist der Schlüssel zur Wertmaximierung.
Vor- und Nachteile von Metall- und Polymer-AM-Pulvern
Metallpulver-Profis
- Hohe Festigkeit und Wärmebeständigkeit
- Hervorragende Haltbarkeit und Rissbildungsbeständigkeit
- Große Auswahl an fortschrittlichen Legierungsoptionen
- Kann die Materialeigenschaften des Endprodukts nachbilden
Metallpulver Nachteile
- Höhere Materialkosten
- Derzeit begrenzte Größen und Lieferanten
- Erforderliche Sicherheitsvorkehrungen bei der Handhabung
- Mehr Infrastruktur für die Verarbeitung erforderlich
Polymer-Pulver Profis
- Niedrigere Materialkosten
- Mehr Anbieter und Auswahl an Materialien
- Generell sicherere Handhabung
- Erfordert weniger komplexe Infrastruktur
Polymer-Pulver Nachteile
- Geringere Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit
- Derzeit gibt es nur wenige Hochleistungspolymere
- Häufig für Prototypen und nicht für endgültige Teile verwendet
- Unvorhersehbare und anisotrope Materialeigenschaften
Welche Option die richtige ist, hängt von den Anwendungsanforderungen, den Betriebsbedingungen und der Wirtschaftlichkeit ab.
Zukunftsaussichten für AM-Pulver
Der AM-Pulvermarkt wird bis 2028 voraussichtlich über $5 Milliarden erreichen, angeführt vom Wachstum in:
- Luft- und Raumfahrt und medizinische Bereiche
- Einführung von AM für Produktionsanwendungen
- Neue Legierungen und Materialien für AM
- Einführung von AM durch Automobilhersteller
- Entwicklung der Lieferkette bei steigender Nachfrage
Zu den wichtigsten künftigen Chancen und Entwicklungen gehören:
- Neue AM-Pulverhersteller kommen auf den Markt
- Wettbewerbsfähige Preise bei erhöhtem Volumen
- Höhere Reinheit und verbesserte Fließfähigkeit
- Individuelle Legierungszusammensetzungen und Partikeloptimierung
- Verbesserte Recyclingprozesse und Wirtschaftlichkeit
- Automatisiertes Pulverhandling und Bestandsmanagement
AM-Pulver werden eine wesentliche Rolle bei der kontinuierlichen Expansion der AM-Industrie und ihrer Akzeptanz in wichtigen Fertigungsindustrien spielen.
FAQ
F: Welche Materialien gibt es für die additive Fertigung?
A: Die gebräuchlichsten Materialien sind Metalle, Polymere, Keramiken und Verbundwerkstoffe. Zu den Metallen gehören Titan, Aluminium, rostfreier Stahl, Werkzeugstahl, Nickellegierungen und Edelmetalle. Zu den Polymeren gehören Nylon, PEEK, ABS und Polyamid.
F: Welches ist das am häufigsten verwendete AM-Metallpulver?
A: Titanlegierungen, insbesondere Ti-6Al-4V, sind die am häufigsten verwendeten Metallpulver in Schlüsselindustrien wie Luft- und Raumfahrt und Medizintechnik.
F: Was ist die optimale Partikelgröße für AM-Pulver?
A: Die Standard-Pulvergrößen liegen bei den meisten AM-Prozessen zwischen 10 und 45 Mikrometern. Die optimale Größe hängt jedoch von der jeweiligen Maschine und den Prozessparametern ab.
F: Wie viel kostet Metall-AM-Pulver?
A: Die Kosten für Pulver reichen von $50-$500/kg, je nach Legierung, Qualität und Abnahmemenge. Titan liegt im oberen Bereich, während Aluminium und Stahl preiswerter sind.
F: Beeinträchtigt die Verwendung von recyceltem Pulver die Materialeigenschaften?
A: Die Eigenschaften können sich nach wiederholtem Recycling verschlechtern. Die Verwertungsraten hängen von der Legierung und dem Recyclingverfahren ab. Arbeiten Sie mit Ihrem Lieferanten zusammen, um die Wiederverwendung zu maximieren und gleichzeitig die Konsistenz zu erhalten.
F: Was sind die wichtigsten Pulvereigenschaften für AM?
A: Zu den wichtigsten Merkmalen gehören Chemie, Partikelgrößenverteilung, Form, Dichte, Fließfähigkeit, geringer Feuchtigkeitsgehalt und Oberflächenoxide.
F: Wie wird AM-Pulver hergestellt?
A: Metallpulver wird hauptsächlich durch Gas- oder Wasserverdüsung hergestellt. Bei Polymeren kommen verschiedene Pulverisierungsverfahren zum Einsatz. Bei Keramik kommen fortschrittliche Verfahren wie die Plasmasphäroidisierung zum Einsatz.
F: Wie kann man die Qualität von AM-Pulver bestimmen?
A: Führen Sie Tests und Charakterisierungen nach Industriestandards für Parameter wie Chemie, Sauberkeit, Partikelgrößenverteilung, Durchflussrate, Dichte und Feuchtigkeitsgehalt durch.
F: Welche Vorsichtsmaßnahmen sind bei der Handhabung von Metall-AM-Pulver erforderlich?
A: Geeignete PSA verwenden, Staub minimieren, Zündquellen vermeiden, ordnungsgemäße Lagerung und Haushaltsführung, alle empfohlenen Sicherheitsverfahren befolgen.
F: Wie unterscheidet sich AM-Pulver von Pulver für andere Verfahren wie MIM?
A: AM-Pulver erfordern strengere Spezifikationen für die Partikelgrößenverteilung, die sphärische Morphologie, die Fließeigenschaften und die Sauberkeit, um die Teilequalität zu maximieren.
