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Die Wiederverwertung von Metallpulver in der additiven Fertigung

Auf 8. Juni 2020 von Sandra S. veröffentlicht

In den letzten zehn Jahren hat sich die additive Fertigung von Metallen in der Industrie zunehmend etabliert. Die anfangs vordergründig für Prototyping verwendete Technologie hat sich immer weiterentwickelt und ist nun so ausgereift, dass sie auch in der Serienfertigung zur Herstellung von Endprodukten Verwendung findet. Viele der additiven Fertigungstechnologien beruhen auf Pulver, das eingesetzt wird, um Teile zu fertigen. Wie Canadian Metalworking nun zum Ausdruck gebracht hat, war zu Beginn der Entwicklung des 3D-Drucks von Metall das hierfür entwickelte Metallpulver nicht so einfach zugänglich wie heutzutage. Infolgedessen mussten viele Hersteller mit Pulvermüll und Resten arbeiten, die nicht für den spezifischen Anwendungsfall optimiert wurden. Inzwischen ist es deutlich einfacher, ein für die Herstellung geeignetes Metallpulver mit den passenden Eigenschaften zu finden. Dennoch wird häufig die Frage aufgeworfen, ob und wie Metallpulver weiterhin recycelt werden kann und was bei der Wiederverwertung zu beachten ist.

Genau diese Frage greift ein Artikel von Canadian Metalworking auf. Wie viele von Ihnen vielleicht wissen, besteht einer der Vorteile der additiven Herstellung gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren darin, dass das Material recycelt werden kann. Der Trick besteht darin, das Pulver nicht entsprechend spezifischer Vorgaben zu entwickeln. Beim gängigsten 3D-Metalldruckverfahren, auch bekannt als Laserschmelzen, wird nur eine kleine Menge Material zu einem Objekt hinzugefügt, der Rest verbleibt in Pulverform. Das Pulver kann entsprechend zurückgewonnen werden, was es dem Anwender ermöglicht, bereits verwendetes Pulver mit einem neuen zu mischen. Dieses Verfahren hat neben dem Nachhaltigkeitsaspekt auch den Vorteil, dass es die Produktionskosten deutlich senkt. Metallpulver ist auch heute noch sehr teuer, weshalb eine Wiederverwertung aus ökonomischer Sichtweise durchaus sinnvoll ist.

metal powder reusability

Laserschmelzen ist weiterhin eines der beliebtesten Verfahren im Bereich der additiven Fertigung mit Metall

Der Grad an möglicher Recyclingfähigkeit hängt weitestgehend vom verwendeten Material ab, da jedes Material auf andere Art und Weise altert. Lucy Grainger, leitende Anwendungstechnikerin bei Renishaw, äußert gegenüber Canadian Metalworking: „Einige Stahlarten sind hinsichtlich ihrer chemischen Beschaffenheit nicht so empfindlich wie Titan oder Aluminiumlegierungen. Im Allgemeinen sollte die Größenverteilung des Pulvers die einer Glockenkurve sein. Das Pulver sollte im Allgemeinen eher kugelförmig als kantig sein, was das Fließen erleichtert. Wenn wir die Schichten entsprechend dosieren, ist dies immer gleichbleibend und reproduzierbar. Die Anzahl der Wiederverwendungszyklen wird durch den Grad der Degradation des Materials begrenzt, bevor es nicht mehr den Spezifikationen entspricht.“

Jedes Material verhält sich je nach der verwendeten Drucktechnologie unterschiedlich – und einige Hersteller berücksichtigen diese Faktoren nicht. Es ist jedoch unerlässlich zu verstehen, wie ein Material auf einer Maschine funktioniert. Darüber hinaus beeinflusst die Beschaffenheit des Teils, das Sie fertigen, die mögliche Wiederverwendung des Pulvers. Zum Beispiel hat ein komplexes Teil wie eine Gitterstruktur mehr von Wärme betroffene Bereiche als ein weniger komplexes Teil, was daran liegt, dass die Wärmequelle nur an den äußeren Kanten einwirken muss. Je näher sich das Pulver jedoch an der Wärmequelle befindet, an welcher der Schmelzprozess stattfindet, desto schneller altert das Pulver. Entsprechend altert das Pulver beim Druck eines komplexeren Teils schneller.

Bildnachweis: EOS

Zuletzt wirft Canadian Metalworking die Frage der Druckerkonstruktion auf. Lucy Grainger erklärt diesbezüglich: „Bei der Pulvertechnologie spielt die Umgebung in der Druckkammer eine Schlüsselrolle. Sobald der Drucker den Laser auf das Pulver projiziert und es je nach Material erwärmt, saugen das geschmolzene Pulver und die Partikel in der erhitzten Zone alle in der Kammer vorhandenen Sauerstoff-, Stickstoff- und Wassermoleküle auf“. Daher kann eine ordnungsgemäß geschlossene Druckerkammer die Häufigkeit der möglichen Wiederverwertung des Pulvers verlängern, indem sie das Eindringen von Luft und Feuchtigkeit in die Druckerkammer verhindert. Weitere Informationen zur Studie finden Sie hier.

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