Metallpulver
Was ist Metallpulver und wie wird es hergestellt?
Metallpulver ist ein feines Pulver aus verschiedenen Metallen, das für den 3D-Druck von Metallteilen verwendet wird. Es wird durch Verdüsen von Metallschmelze in feine Tropfen hergestellt, die dann zu Pulver erstarren. Rosswag Engineering ist ein Metall 3D-Druck Dienstleister, der eine weltweit einzigartige Werkstoff-Vielfalt anbietet und das Metallpulver in einer firmeninternen Prozesskette aufbereitet.
Eine wichtige Anforderung für Metallpulver ist eine hohe Reinheit, um eine einheitliche Qualität der gedruckten Teile zu gewährleisten. Aus diesem Grund werden spezielle Verfahren wie z.B. die Gaszerstäubung eingesetzt, um das Pulver herzustellen. Dieses Verfahren ermöglicht es, feine Partikel zu erzeugen, die für eine gleichmäßige Schichtbildung in der LPBF-Maschine erforderlich sind.
Sie können aus über 400 verschiedenen Metallen wählen, darunter zum Beispiel Edelstahl, Aluminium, Titan, Kupfer, Nickel und viele mehr. Sie können auch einen neuen Werkstoff qualifizieren lassen, wenn Sie spezielle Anforderungen haben.
Welche Arten von Metallpulvern gibt es?
Es gibt verschiedene Arten von Metallpulver, die sich in ihrer Zusammensetzung, Reinheit, Korngröße und Herstellungsverfahren unterscheiden. Die häufigsten Arten von Metallpulver sind:
Eisenbasispulver: Pulver aus Eisen oder Eisenlegierungen wie Edelstahl, Werkzeugstahl oder Baustahl.
Aluminiumbasispulver: Pulver aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen wie AlSi10Mg oder AlSi12.
Titanbasispulver: Pulver aus Titan oder Titanlegierungen wie Ti6Al4V oder TiAl6Nb7.
Kupferbasispulver: Pulver aus Kupfer oder Kupferlegierungen wie Bronze oder Messing.
Nickelbasispulver: Pulver aus Nickel oder Nickellegierungen wie Inconel oder Hastelloy.
Was sind die Anwendungen von Metallpulvern?
Einige der häufigsten Anwendungen sind:
Pulvermetallurgie: Die Herstellung von Metallteilen aus Metallpulver durch Pressen und Sintern. Dies ermöglicht die Herstellung von komplexen Formen mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht.
Additive Fertigung: Die Herstellung von Metallteilen aus Metallpulver durch selektives Laserschmelzen (SLM® / LPBF). Dies ermöglicht die Herstellung von individuellen und funktionalen Teilen mit hoher Präzision und Flexibilität.
Lack- und Farbindustrie: Die Verwendung von Metallpulver als Pigmente oder Füllstoffe für Lacke und Farben. Dies verleiht den Beschichtungen besondere optische oder funktionale Eigenschaften.
Elektroindustrie: Die Verwendung von Metallpulver als Leiter oder Isolatoren für elektronische Bauteile. Dies verbessert die elektrische Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Bauteile.
Metallpulver können auch in anderen Branchen wie der Automobilindustrie, der Kosmetikindustrie, der Druckindustrie oder der Nuklearindustrie eingesetzt werden.
Welche Standards und Normen gelten für die Qualität von Metallpulvern?
Die Qualität von Metallpulvern für die additive Fertigung wird durch verschiedene Standards und Normen geregelt, die die Anforderungen und Prüfverfahren für die Charakterisierung von Metallpulvern festlegen. Einige der wichtigsten Standards und Normen sind:
DIN EN ISO/ASTM 52907:2020-05: Additive Fertigung - Ausgangswerkstoffe - Verfahren zur Charakterisierung von Metallpulvern. Diese Norm behandelt die Dokumentation, Rückverfolgbarkeit, Probenahme, Teilchengrößenverteilung, chemische Elementzusammensetzung, Dichte, Morphologie und Fließfähigkeit von Metallpulvern.
DIN EN ISO 3953:2011-05: Metallpulver - Bestimmung der Klopfdichte. Diese Norm beschreibt die Methode zur Bestimmung der Klopfdichte von Metallpulvern, die ein Maß für die Packungsdichte und die Porosität der Pulver ist.
DIN EN ISO 4490:2008-12: Metallpulver - Bestimmung der Teilchengrößenverteilung mittels Siebanalyse. Diese Norm beschreibt die Methode zur Bestimmung der Teilchengrößenverteilung von Metallpulvern durch Sieben, die die Korngröße und die Kornform der Pulver beeinflusst.
Wie werden Metallpulver für den 3D-Druck verarbeitet?
Metallpulver für den 3D-Druck werden in mehreren Schritten verarbeitet, um die gewünschte Qualität und Leistung zu erreichen. Die wichtigsten Schritte sind:
Herstellung: Die Herstellung von Metallpulver für den 3D-Druck erfolgt meist durch Zerstäubung mit Gas- oder Wasserstrahl, bei der ein Metallstrahl in feine Partikel zerlegt wird. Es gibt auch andere Methoden wie Abrieb, Elektrolyse oder chemische Reduktion.
Aufbereitung: Die Aufbereitung von Metallpulver für den 3D-Druck umfasst das Sieben, Sichten und Trocknen der Partikel, um die Teilchengrößenverteilung, die Sphärizität, den Sauerstoffgehalt und die Fließfähigkeit des Pulvers zu optimieren.
Drucken: Das Drucken von Metallpulver für den 3D-Druck erfolgt durch selektives Laserschmelzen (SLM® / LPBF), bei dem ein Laserstrahl das Pulver schichtweise aufschmilzt und verbindet, um das gewünschte Teil zu erzeugen.
Nachbearbeitung: Die Nachbearbeitung von Metallpulver für den 3D-Druck umfasst das Entfernen der Stützstrukturen, das Wärmebehandeln, das Glühen, das Schleifen, das Polieren und das Prüfen des fertigen Teils, um die mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften zu verbessern.
Welche Arten von Metallpulvern eignen sich am besten für den 3D-Druck?
Die Auswahl der geeigneten Metallpulver für den 3D-Druck hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dem Druckverfahren, dem gewünschten Bauteil, den Anforderungen an die mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften, dem Preis und der Verfügbarkeit. Es gibt viele Arten von Metallpulvern für den 3D-Druck, die aus verschiedenen Legierungen und Partikelgrößen bestehen. Einige der gängigsten Arten von Metallpulvern für den 3D-Druck sind:
Aluminium-basierte Pulver: Diese Pulver haben eine hohe Festigkeit, Leichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Sie werden oft für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und den Sportbereich eingesetzt.
Kobalt-basierte Pulver: Diese Pulver haben eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und Biokompatibilität. Sie werden oft für die Medizin-, Dental- und Werkzeugindustrie eingesetzt.
Kupfer-basierte Pulver: Diese Pulver haben eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit. Sie werden oft für die Elektronik-, Energie- und Schmuckindustrie eingesetzt.
Nickel-basierte Pulver: Diese Pulver haben eine hohe Festigkeit, Zähigkeit, Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Sie werden oft für die Luft- und Raumfahrt, die Energie- und die Chemieindustrie eingesetzt.
Stahl-basierte Pulver: Diese Pulver haben eine hohe Festigkeit, Zähigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit. Sie werden oft für die Automobil-, Maschinenbau- und Bauindustrie eingesetzt.
Welche Vorteile bietet der 3D-Druck mit Metallpulvern im Vergleich zu anderen Fertigungsmethoden?
Der 3D-Druck mit Metallpulvern bietet mehrere Vorteile im Vergleich zu anderen Fertigungsmethoden, wie z.B. Fräsen, Gießen oder Schmieden. Einige der Vorteile sind12:
Geometrische Komplexität ohne zusätzliche Kosten: Der 3D-Druck mit Metallpulvern ermöglicht die Herstellung von komplexen und individuellen Formen, die mit anderen Methoden nicht oder nur schwer möglich sind, ohne dass zusätzliche Werkzeuge oder Formen benötigt werden.
Optimierte Leichtbaustrukturen: Der 3D-Druck mit Metallpulvern ermöglicht die Herstellung von leichten und stabilen Strukturen, die Material und Gewicht einsparen und die Leistung und Effizienz verbessern.
Erhöhte Teilefunktionalität: Der 3D-Druck mit Metallpulvern ermöglicht die Herstellung von Teilen mit integrierten Funktionen, wie z.B. Kühlkanälen, Sensoren oder beweglichen Elementen, die die Funktionalität und Qualität der Teile erhöhen.
Einfachere Lieferketten für die Herstellung: Der 3D-Druck mit Metallpulvern ermöglicht die Herstellung von Teilen direkt aus digitalen Daten, ohne dass Zwischenschritte oder Lagerhaltung erforderlich sind, was die Lieferketten vereinfacht und die Kosten und die Umweltbelastung reduziert.
Welche Auswirkungen hat die Wahl des Metallpulvers auf die Eigenschaften des gedruckten Teils?
Die Wahl des Metallpulvers hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des gedruckten Teils, wie z.B. die mechanische Festigkeit, die Dichte, die Porosität, die Korrosionsbeständigkeit und die Oberflächenqualität. Das Metallpulver muss für den LPBF-Prozess geeignet sein, d.h. es muss eine hohe Reinheit, eine gleichmäßige Korngröße, eine gute Fließfähigkeit und eine geringe Feuchtigkeit aufweisen. Rosswag Engineering bietet eine weltweit einzigartige Werkstoff-Vielfalt an, die viele unterschiedliche Legierungen umfasst, die speziell für den LPBF-Prozess entwickelt oder qualifiziert wurden. Die Auswahl des passenden Metallpulvers hängt von den Anforderungen des Kunden und der Anwendung ab.
Wie werden Metallpulver-3D-gedruckte Teile nachbearbeitet und veredelt?
Die Nachbearbeitung und Veredelung von Metallpulver-3D-gedruckten Teilen hängt von den Anforderungen des Kunden und der Anwendung ab. In der Regel werden die Teile nach dem LPBF-Prozess von der Bauplattform entfernt und von überschüssigem Pulver befreit. Das Pulver wird dann aufbereitet, d.h. gesiebt, gesichtet und getrocknet, um es für den nächsten Druckprozess zu optimieren. Die Teile können dann je nach Bedarf weiterbearbeitet werden, z.B. durch Schleifen, Fräsen, Drehen, Bohren, Wärmebehandlung, Oberflächenveredelung oder Qualitätsprüfung. Rosswag Engineering bietet alle diese Dienstleistungen aus einer Hand an.
Welche Möglichkeiten gibt es für die Simulation und Optimierung des 3D-Drucks mit Metallpulvern?
Die Simulation und Optimierung des 3D-Drucks mit Metallpulvern ist ein wichtiger Schritt, um die Qualität und Effizienz des additiven Fertigungsprozesses zu verbessern. Rosswag Engineering nutzt die Simulationsumgebung ANSYS Additive Suite, um den LPBF-Prozess bereits auf Basis der ersten CAD-Daten zu simulieren und zu optimieren. Dabei werden die resultierenden Eigenspannungen und Maßabweichungen ermittelt, die durch die Material- und Temperaturdaten im LPBF-Prozess beeinflusst werden. Außerdem wird das optimale Stützstrukturendesign und die optimale Bauteilausrichtung bestimmt, um die Verformung und den Verzug zu minimieren. Zusätzlich wird das Metallpulver durch Sieben, Sichten und Trocknen aufbereitet, um eine hohe Reproduzierbarkeit im additiven Fertigungsprozess zu gewährleisten.