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Pulver in der additiven Metallherstellung, ein Hindernis für seine Entwicklung?

Auf 23. Oktober 2020 von Michelle J. veröffentlicht
Problem 3D-Metalldruck

Equispheres ist ein kanadisches Unternehmen, das sich auf die Entwicklung von Metallpulvern für additive Herstellungstechnologien wie Laserschmelzen oder Kaltgasspritzen spezialisiert hat. Auf der Grundlage ihrer Erfahrungen auf dem Markt hat das Unternehmen kürzlich eine Studie entwickelt, die sich mit den Hauptproblemen des 3D-Metalldrucks und insbesondere mit dem Pulverbett-Schmelzverfahren befasst. Nach Angaben des Unternehmens führt die Wahl des Metallpulvers zu mehr oder weniger konsequenten Problemen, wie z.B. unregelmäßige mechanische Eigenschaften für das Endteil, verringerte Produktionsgeschwindigkeit und damit geringere Produktivität usw. Für Equispheres erfordert die Technologie daher Metallpulver, die speziell für die additive Fertigung unter Berücksichtigung einer Reihe von Faktoren entwickelt wurden. Solange dieser Rohstoff keine genauen Kriterien erfüllt, sind Laserschmelzverfahren auf einem Pulverbett nicht zufriedenstellend: dies ist das Problem beim 3D-Metalldruck.

In den letzten Jahren ist viel über das Wachstum des 3D-Metalldrucks gesprochen worden, wobei Studien beispielsweise auf eine Zunahme der Zahl der Hersteller auf dem Markt hindeuten. Im Wohlers report 2018 wurden etwa 30 Unternehmen genannt, die heute mehr als 125 Maschinen anbieten und eine höhere Produktivität anstreben, um die immer noch zu hohen Produktionskosten zu senken. Aber das ist letztlich nicht das 3D-Metalldruck Problem. Es hat mehr mit der Entwicklung angepasster und innovativer Materialien zu tun: Während auf dem Polymermarkt jeden Tag neue Lösungen auftauchen – einige davon speziell für die additive Fertigung – stagniert Metall. Gegenwärtig werden die beim 3D-Druck verwendeten Pulver hauptsächlich durch Gaszerstäubung hergestellt, ein Verfahren, das nicht geeignet wäre, um ein Pulver mit ausreichend konstanten Eigenschaften von einer Produktion zur nächsten zu erzeugen. Das ist das wirkliche 3D-Metalldruck Problem.

Pulver ist eines der ersten Hindernisse für die Entwicklung der additiven Fertigung mit Metall.

Die Eigenschaften von Metallpulvern, das 3D-Metalldruck Problem

Equispheres stellt in seiner Studie fest, dass die additive Metallherstellung oft mit Problemen der Prozesszuverlässigkeit und Produktivität konfrontiert ist, eine Herausforderung, die direkt mit dem Pulver selbst zusammenhängt. Nach Angaben des Unternehmens muss das Pulver vier wesentliche Eigenschaften aufweisen: hohe Fließfähigkeit, hohe Verteilungsdichte, geringe Feuchtigkeitsaufnahme und hohe chemische Stabilität beim Aufheizen des Lasers.

Das Unternehmen sagt: „Diese Eigenschaften beeinflussen direkt die mechanischen Eigenschaften des Endteils. Inkonsistente Pudereigenschaften führen zu ungleichmäßiger Energieabsorption und ungleichmäßigem Materialfluss während des Drucks, was zu Hohlräumen und unregelmäßigen Materialeigenschaften im Endteil führt. Trotz der von den Maschinenherstellern eingerichteten Kontrollsysteme können diese Punkt-zu-Punkt-Inkonsistenzen in der Druckkammer nicht korrigiert werden. Leider kann selbst das beste Pulver, das mit traditionellen Sprühverfahren hergestellt wird, diese Anforderungen nicht erfüllen, wodurch die Geschwindigkeit und Konsistenz des Endteils erheblich beeinträchtigt wird.“

Problem 3D-Metalldruck

Das Pulver muss 4 wesentliche Eigenschaften aufweisen | Bildnachweis: Nanosteel

Aus diesem Grund muss der Markt der additiven Metallherstellung seine eigenen Pulver herstellen. Damit das Pulver die oben genannten Eigenschaften aufweisen kann, muss es bestimmte physikalische Schlüsseleigenschaften besitzen: Das Pulver muss kugelförmig, glatt, einheitlich in der Größe, sehr fein und sauerstoffarm sein. Diese 5 Eigenschaften machen ein ideales Rohmaterial für den 3D-Metalldruck aus. Die Studie zeigt, dass Teile, die mit dieser Spezifikation aus Pulver in 3D gedruckt werden, bessere mechanische Eigenschaften haben, homogener sind und bis zu 50 % höhere Druckgeschwindigkeiten ermöglichen.

Die Studie geht daher auf jede physikalische Eigenschaft des Puders zurück und zeigt, wie jede einzelne davon Druckfehler reduzieren und stabile und konsistente mechanische Endeigenschaften gewährleisten kann. Sie können die vollständige Studie HIER herunterladen, um mehr zu erfahren.

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