Aluminium ist ein beliebtes Metallpulver für die additive Fertigung dank seiner geringen Dichte, guten mechanischen Eigenschaften, Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit. Die Optimierung der Eigenschaften von Aluminiumpulver ermöglicht den zuverlässigen Druck von stabilen, leichten Aluminiumteilen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Industrie.
Dieser Leitfaden behandelt Eigenschaften, Spezifikationen, Zerstäubungsproduktion, Qualitätssicherungsaspekte, Anwendungen und Ratschläge zur Beschaffung von Aluminiumpulvern für das Pulverbettschmelzen oder den Binderstrahl-3D-Druck.
3d-Drucker Aluminiumpulver Kompositionen
Zu den gängigen Aluminiumsorten für AM gehören:
| Legierung | Beschreibung | Typische Zusammensetzung |
|---|---|---|
| AlSi10Mg | Gusslegierung mit Silizium- und Magnesiumzusätzen für Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit | Rest Al, 9-11% Si, 0,25-0,45% Mg, 0,8% max Fe, 0,2% max Cu |
| AlSi7Mg | Sehr ähnlich zu AlSi10Mg mit etwas geringerem Siliziumgehalt | Rest Al, 6-8% Si, 0,25-0,45% Mg, 0,8% max Fe, 0,2% max Cu |
| 6061 | Sehr häufig vorkommende, wärmebehandelbare Knetlegierung mit Magnesium und Silizium | Rest Al, 0,8-1,2% Mg, 0,4-0,8% Si, 0,7% max Fe, 0,15-0,4% Cu, 0,04-0,35% Cr |
Abstimmung der Zusammensetzung auf die mechanischen Eigenschaften, die Korrosionsbeständigkeit, die Anforderungen an die Schweißbarkeit und die Legierungskosten.
Spezifikation Übersicht
| Parameter | Einzelheiten | Prüfverfahren |
|---|---|---|
| Reinheit | >98% Aluminium bevorzugt | ICP-Analyse |
| Partikelform | Sphärisch >90% gewünscht | Mikroskopie |
| Größenverteilung | D50: 25-45 μm typisch | Laserbeugung |
| Scheinbare Dichte | 1,2-1,8 g/cc | Hall-Durchflussmesser |
| Fließfähigkeit | Hall Flow 25-50 Sekunden für 50 g Probe | Hall-Durchflussmesser |
| Oxide und Hydroxide | <3% nach Gewicht | TGA, XRD, Inertgasschmelze |
| Feuchtigkeitsgehalt | <0,2% nach Gewicht | TGA-Analyse |
Hohe Pulverqualität und -konsistenz, die für eine defektminimierte AM-Verarbeitung zu hochdichten, starken Teilen erforderlich sind.
Zerstäubungsmethoden
3d-Drucker Aluminiumpulver Produktion über:
- Luftvernebelung - Hochdruckluft zerlegt geschmolzenes Aluminium in feine kugelförmige Tröpfchen und verhindert so die Oxidation. Das Verfahren mit geringerem Energieaufwand führt zu größeren Partikeln, die sich für den Bindemitteldruck eignen.
- Stickstoff-Zerstäubung - Die Stickstoffumgebung verhindert die Oberflächenoxidation während der Zerstäubung und ermöglicht feinere Pulvergrößen, weniger Sauerstoff und höhere Fließeigenschaften, die für SLM und EBM bevorzugt werden.
- Rotierende Elektrodenzerstäubung - Das schnelle Einschleudern von dünnflüssigem Aluminium in Stickstoff ergibt ein Pulver mit sehr enger Größenverteilung und guter Packungsdichte.
Die Steuerung von Prozessatmosphären, Kühlraten und Gasdynamik optimiert die Größe und Morphologie von Aluminiumpartikeln für Pulverbettanwendungen, die ein gutes Fließ- und Scherverhalten erfordern.
Mechanische Eigenschaften
| Legierung | Dichte (g/cc) | Streckgrenze (MPa) | Zugfestigkeit (MPa) | Dehnung |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | 2.68 | 228 | 398 | 7.9% |
| AlSi7Mg | 2.74 | 261 | 372 | 8.1% |
| 6061 | 2.70 | 241 | 303 | 11% |
Um die vorgegebenen Festigkeiten zu erreichen, sind optimierte Druckparameter und Nachbearbeitungsschritte wie die Alterung erforderlich. Auch die Ausrichtung der Teile wirkt sich erheblich auf die mechanische Leistung aus.
Metall-AM-Anwendungen
AlSi10Mg-Aluminium wird in vielen Branchen für die additive Fertigung verwendet:
- Luft- und Raumfahrt & Verteidigung: Leichte Flugzeugzellen, UAV-Komponenten; konforme Wärmetauscher und Kühlplatten; aktive Gitterstrukturen. Schnelles Tooling für Verbundwerkstoff-Layouts.
- Automobilindustrie: Aluminium hat einen dreimal geringeren Energiegehalt als Stahl und ermöglicht durch Gewichtsreduzierung eine höhere Kraftstoffeffizienz. Maßgeschneiderte Karosserieteile, Armaturen, Fahrwerkselemente wie Querlenker ermöglichen Leistungssteigerungen. Wärmetauscherteile wie Krümmergehäuse erhöhen die Funktionalität. Vorrichtungen für Kohlefaserverbundwerkstoffe.
- Industriell: Kundenspezifische Serienfertigung für kleine bis mittlere Losgrößen. Kühlkörper für das Wärmemanagement in der Elektronik mit optimierten Formfaktoren. Strömungskomponenten wie Laufräder, Pumpen, Ventile und Gehäuse. Vorrichtungen, Halterungen, Führungen und Lehren mit leichter Haltbarkeit.
- Architektur: Maßgeschneiderte Spezialteile, die auf Anfrage hergestellt werden. Dekorative Elemente durch Hybriddruck mit Bronzefüllungen. Maßgetreue Modelle zur Visualisierung.
Zertifizierungsstandards
- ASTM B556 - Standardspezifikation für pulvermetallurgische (PM) Aluminiumbauteile aus der Legierung 6061
- ASTM B925 - Standardspezifikation für Aluminiumlegierungspulver höchster Qualität zur Verarbeitung mittels pulvermetallurgischer Verfahren für Anwendungen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Verteidigungsbereich
- ASTM E2926 - Standardspezifikation für Aluminiumpulver und -einsatzmaterial für die additive Fertigung
Prüfen Sie vor dem Kauf statistisch validierte Chargenzertifikate, die die Übereinstimmung mit den Spezifikationen der Zielsorte und den Anforderungen der AM-Verarbeitung belegen.
Verbreitete Defekte
Die wichtigsten Aluminium-Metall-AM-Fehler und ihre Ursachen:
| Defekt | Ursache | Lösung |
|---|---|---|
| Porosität | Feuchte; Oxide; Metallverdampfung | Geringere Luftfeuchtigkeit; Minimierung der Oxide; Anpassung der Energiedichte |
| Knacken | Schnelle Abkühlung; Eigenspannungen; Verunreinigungen | Optimierung der Vorwärmung der Bauplatte; Heißisostatisches Pressen; Hochreines Pulver |
| Delamination | Kräfte des Recoaterblattes; Schlechte Schichtfusion | Glatte Pulvergrößenverteilung; Optimierung der Streuschicht; Validierung der Streuereinstellungen |
| Balling | Hohe Oberflächenspannung hemmt den Fluss | Vorwärmplatte für schnelleres Schmelzen |
| Probleme mit der Oberflächenbeschaffenheit | Spritzer, ungeschmolzene Partikel, die in | Parameteroptimierung für ein bestimmtes Pulver |
Passen Sie die Druckparameter durch Probedrucke an, um vor der Serienproduktion vollständig dichte Teile zu erhalten.
Faktoren der Preisgestaltung
| Parameter | Auswirkungen |
|---|---|
| Pulverqualität | Höhere Reinheit/Sphärizität hat ihren Preis |
| Losgröße | Einsparungen durch Skaleneffekte bei 500+ kg |
| Niveau der Zertifizierung | Vollständige Zertifizierung vs. Chargenprüfung |
| Zerstäubungsmethode | Stickstoff > Luft aufgrund der höheren Konsistenz und der geringeren Oxide |
| Regionale Logistik | Wenn möglich, lokal beziehen |
Für Aluminium-AM-Pulver mit geringerer Größenverteilung können Sie mit Preisen um $50-100/kg rechnen. Größere Hersteller bieten Größenvorteile.
Überlegungen zum Kauf
| Parameter | Bedeutung |
|---|---|
| Einhaltung der Qualitätsanforderungen | Hoch |
| Verfügbarkeit von Probenahmen | Hoch |
| Technisches Fachwissen | Mittel |
| Kundenreferenzen | Mittel |
| Preisgestaltung | Niedrig |
Anbietervergleich
| Hersteller | Größenbereich | Qualität | Konsistenz | Vorlaufzeiten | Preisgestaltung |
|---|---|---|---|---|---|
| [Marke 1] | 10-45 μm | Vollständig zertifiziert | Sehr konsistent | 12-14 Wochen | $$$ |
| [Marke 2] | 15-65 μm | Batch-Prüfung | Geringe Abweichung | 3-4 Wochen | $ |
| [Marke 3] | 10-63 μm | Unabhängiges MPI | Erfüllt die Mindestspezifikationen | 8-10 Wochen | $$ |
Entscheiden Sie sich für eine führende Marke, die auf die Qualitätsanforderungen der Teileanwendung abgestimmt ist, auch wenn dies zu einem höheren Preis geschieht, um das Risiko von Mängeln und Eigenschaftsabweichungen zu vermeiden.
FAQs
F: Welche Partikelgröße ist optimal für das Laser-Pulverbettschmelzen von Aluminium?
A: Aluminiumpulver mit einer Korngröße von 25-45 μm ermöglicht eine dichte Packung mit gutem Scher- und Schmelzflussverhalten und ist ideal für das Verteilen und Verschmelzen mit hoher Dichte in Pulverbettanwendungen.
F: Wie sollte Aluminium-AM-Pulver richtig gelagert werden?
A: Versiegeln Sie die Behälter luftdicht mit feuchtigkeitsabsorbierenden Beuteln, um eine Oxidation und Stabilisierung zu verhindern und die Haltbarkeit auf 6-12 Monate zu begrenzen, wenn sie kühl und vor direktem Sonnenlicht geschützt gelagert werden.
F: Erfordert Aluminiumpulver für Metall-AM besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung?
A: Als nicht gefährlich eingestuft, aber Pulver in gut belüfteten Bereichen mit zugelassener PSA verwenden, da feine metallische Partikel Gesundheitsrisiken für die Atemwege und Staubexplosionsrisiken bergen, die die Erstellung von Sicherheitsprotokollen erfordern.
F: Welche Nachbearbeitung wird bei additiv gefertigten Aluminiumteilen üblicherweise durchgeführt?
A: AM-Teile aus Aluminium werden häufig einer Lösungsbehandlung, Ausscheidungshärtung, Passivierung und Elektropolitur unterzogen, um Eigenspannungen abzubauen und die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächengüte zu verbessern. Schutzbeschichtungen verbessern die Korrosions- und Verschleißbeständigkeit.