3D-Druck Metallpulver

Überblick über 3d-Druck Metallpulver

Metallpulver für den 3D-Druck bezieht sich auf feine Metallpulver, die als Rohstoffe in verschiedenen additiven Fertigungsverfahren zur Herstellung von Metallteilen und -produkten verwendet werden. Zu den am häufigsten für den 3D-Druck verwendeten Metallpulvern gehören Edelstahl, Titan, Nickellegierungen, Aluminium und Kobalt-Chrom.

Das Metallpulverbettschmelzen und die gerichtete Energieabscheidung sind die beiden Hauptfamilien der Metall-3D-Druckverfahren, bei denen Metallpulver verwendet wird, um Teile Schicht für Schicht aus CAD-Modellen zu konstruieren. Die Merkmale und Materialeigenschaften der Metallpulver haben einen erheblichen Einfluss auf die Qualität, Genauigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Leistung des fertigen Teils.

Wichtige Details:

• Gängige Metallpulver: rostfreier Stahl, Titan, Nickellegierungen, Aluminium, Kobalt-Chrom
• Wichtigste 3D-Druckverfahren für Metall: Pulverbettfusion, gerichtete Energieabscheidung
• Pulvereigenschaften entscheidend für die Teilequalität
• Verschiedene Legierungsoptionen je nach Anwendung
• Am weitesten verbreitet für Prototyping und Produktion in verschiedenen Branchen
• Bietet Vorteile wie komplexe Geometrien, Gewichtsreduzierung, Teilekonsolidierung

Metallpulverarten und -zusammensetzungen

Es gibt viele Standard- und kundenspezifische Metalllegierungspulver, die von verschiedenen Materialherstellern für den 3D-Druck angeboten werden. Die meisten Legierungen sind speziell für additive Fertigungsverfahren optimiert.

Rostfreier Stahl 316L und Ti-6Al-4V sind die beliebtesten Legierungen, die derzeit für den 3D-Druck von Metall verwendet werden. Es werden laufend neue Legierungen mit verbesserten Eigenschaften für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und im allgemeinen Maschinenbau entwickelt und eingeführt.

Eigenschaften von Metalldruckpulvern

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Metallpulvern, die die Qualität der Teile und die Prozessstabilität bestimmen, gehören:

Partikelgröße - Zwischen 15-45 Mikrometer
Morphologie - Sphäroidisch, gut fließfähig
Chemie - Legierungszusammensetzung innerhalb enger Toleranzen
Dichte - Scheinbare Dichte und Abstichdichte als Schlüsselindikatoren
Durchflussmenge - Kritisch für gleichmäßige Schichtdicke
Wiederverwendbarkeit - In der Regel bis zu 5-10 Mal recyceln

Partikelgrößenverteilung ist innerhalb des optimalen Größenbereichs besonders kritisch - zu viele Feinanteile oder große Partikel außerhalb der idealen Fraktion führen zu Fehlern. Die Hersteller streben eine hohe Ausbeute innerhalb der engen Spezifikation und eine gleichbleibende Chargenqualität an.

Anwendungen für Metall-3D-Druck-Pulver

Der 3D-Druck von Metallteilen gewinnt in allen Branchen an Bedeutung, von der Luft- und Raumfahrt über medizinische Geräte und die Automobilindustrie bis hin zu allgemeinen technischen Anwendungen.

Einige typische Anwendungen für gängige Materialien sind:

Rostfreier Stahl - Lebensmittelhandhabungsgeräte, chirurgische Werkzeuge, Rohre, Pumpengehäuse
Titan - Strukturteile für Flugzeuge und Drehflügler, biomedizinische Implantate
Aluminium - Automobilteile, Wärmetauscher, Sportartikel
Nickel-Superlegierungen - Turbinenschaufeln, Teile von Raketentriebwerken, nukleare Anwendungen
Kobalt Chrom - Knie-/Hüftprothesen, Zahnkronen und -brücken

Metalladditive ermöglichen leichtere, stärkere und leistungsfähigere Produkte. Es ist wirtschaftlich sinnvoll für teure Werkstoffe, die in geringen Mengen und mit kundenspezifischen Geometrien verwendet werden, wie z. B. Bauteile für die Luft- und Raumfahrt. Der 3D-Druck vereinfacht auch die Herstellung komplexer Konstruktionen mit internen Kanälen für die konforme Kühlung in Spritzgussformen erheblich.

Spezifikationen für Metallpulver

Um sicherzustellen, dass die Qualitätsanforderungen für die industrielle Produktion von Metall-AM-Pulvern erfüllt werden, wurden internationale und industrielle Normen festgelegt:

Die Hersteller stellen Pulverchargenzertifikate mit Testergebnissen zur Verfügung, die die Einhaltung der Normen für die meisten gängigen Materialien wie 316L oder Ti64 belegen.

Metallpulverherstellung Lieferanten und Kosten

Eine breite Palette von Metallpulvern für die additive Fertigung wird sowohl von großen Konzernen als auch von kleineren Spezialherstellern weltweit angeboten. Zu den führenden Anbietern gehören:

Hersteller von Metallpulvern

Kosten für Metallpulver

Die Kosten hängen von der Legierung, dem Qualitätsstandard, dem Hersteller, dem Einkaufsvolumen, der Region usw. ab. Kundenspezifische Legierungen können ein Vielfaches der Standardqualitäten kosten. Pulver ist der größte Kostenfaktor bei der Herstellung von AM-Produkten, weshalb die Anwender bestrebt sind, es so oft wie möglich wiederzuverwenden.

Vergleich der 3D-Druckverfahren für Metall

Es gibt zwei Hauptfamilien von additiven Fertigungsverfahren, die für metallische Werkstoffe geeignet sind - Pulverbettfusion (PBF) und Gerichtete Energieabscheidung (DED). Dabei gibt es verschiedene Verfahren mit geringfügigen Abweichungen, die auf der Wärmequelle basieren, die für das örtliche Schmelzen von Metallpulverschichten verwendet wird.

Pulverbettfusionsverfahren:

• Selektives Laserschmelzen (SLM)
• Selektives Laser-Sintern (SLS)
• Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

Methoden der gerichteten Energieabscheidung:

• Laser-Metallabscheidung (LMD)
• Lasergestützte Netzformung (LENS)

Vergleich von Metall-3D-Druckverfahren

DED eignet sich besser für große Metallteile wie Reparaturformen oder Turbinengehäuse, bei denen die Maßgenauigkeit nicht so wichtig ist. PBF bietet eine wesentlich bessere Oberflächengüte und Auflösung für kleine Bauteile mit komplizierten Details wie Gittern. Die Werkstoffoptionen für die Senkerosion sind umfangreicher, einschließlich reaktiver Legierungen.

Beide Verfahren nutzen die Hauptvorteile der Metall-AM wie kundenspezifische Anpassung, Konsolidierung von Teilen und leichte Strukturen. Für den Einsatz in der Produktion bietet die hybride Fertigung aus 3D-Metalldruck und CNC-Bearbeitung ein optimales Gleichgewicht aus geometrischer Komplexität und Präzision.

Vorteile der Additiven Fertigung von Metallen

Die Verwendung des 3D-Drucks für die Herstellung von Metallkomponenten bietet verschiedene technische und wirtschaftliche Vorteile, die die Akzeptanz in allen Branchen fördern:

Vorteile von Metal AM

• Designfreiheit für komplexe, organische Formen mit Topologieoptimierung
• Signifikante Gewichtsreduzierung durch Gitter und dünne Wände
• Reduzierung der Teilezahl durch Konsolidierung von Baugruppen
• Maßgeschneiderte Geometrien, die auf Lasten und Funktionen zugeschnitten sind
• Keine Werkzeuge, Vorrichtungen und schnelle Umrüstungen - ideal für kleine Mengen
• Geringerer Materialabfall im Vergleich zu subtraktiven Techniken

Leichtere geschmiedete Titanhalterungen für Flugzeuge, auf den Patienten abgestimmte Schädelimplantate und vereinfachte Treibstoffdüsen für Triebwerke sind einige Beispiele, bei denen Metall-AM einen Mehrwert gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren bietet.

Grenzen der additiven Fertigung von Metall

Trotz der Vorteile der Metalladditive gibt es einige inhärente Prozessbeschränkungen, die derzeit den Einsatz für viele Anwendungen verhindern:

Beschränkungen von Metal AM

• Hohe Ausrüstungs- und Materialkosten
• Eingeschränkte Auswahl an Legierungen und mechanischen Eigenschaften
• Geringerer Durchsatz im Vergleich zu Massenproduktionsverfahren
• Nachbearbeitungen wie das Entfernen von Stützen und die Oberflächenbehandlung kosten Zeit.
• Qualifikations- und Zertifizierungsanforderungen in regulierten Sektoren
• Maßliche Ungenauigkeiten und geringere Wiederholbarkeit
• Höhere Oberflächenrauhigkeit, die eine Nachbearbeitung erfordert
• Eigenspannungen, die während des Baus entstehen

Diese technischen und wirtschaftlichen Hindernisse bedeuten, dass AM am besten für kleine Losgrößen geeignet ist, bei denen die Vorteile die Einschränkungen überwiegen. Hybride subtraktive Verfahren helfen, die Mängel bei Präzisionsbauteilen zu beheben. Die laufende Forschung und Entwicklung im Bereich Hardware und Werkstoffe, die sich auf die Optimierung von Qualität, Geschwindigkeit und Parametern konzentriert, verbessert die industrielle Realisierbarkeit.

FAQ

Hier finden Sie einige häufig gestellte Fragen zu Metallpulvern für AM-Prozesse:

F: Welches sind die derzeit am häufigsten verwendeten Metalllegierungen für den 3D-Druck?

A: Edelstahl 316L, Titanlegierung Ti-6Al-4V, Aluminiumlegierung AlSi10Mg, Nickelsuperlegierungen Inconel 625 und 718 sowie Kobalt-Chrom-Legierungen CoCr.

F: Welche Tests werden durchgeführt, um eine gleichbleibende Chargenqualität der Metalldruckpulver zu gewährleisten?

A: Die Lieferanten führen Tests gemäß den Industriestandards durch, um sicherzustellen, dass die chemische Zusammensetzung innerhalb der Toleranzen liegt, die Partikelgrößenverteilung den idealen Fraktionen entspricht, die für AM-Prozesse optimiert sind, die Pulvermorphologie und -form sphärisch ist, die Schütt- und Klopfdichte dem Bereich für einen guten Fluss entspricht und die Fließgeschwindigkeit geeignet ist.

F: Ist neues Metallpulver vorgeschrieben oder kann auch recyceltes Pulver verwendet werden?

A: Je nach Anwendung kann sowohl Neupulver als auch recyceltes Pulver aus früheren Produktionen verwendet werden, in der Regel bis zu 5-10 Wiederverwendungszyklen vor der Auffrischung mit Neupulver.

F: Wie werden Metallpulver für AM hergestellt?

A: Zu den gängigen Herstellungsverfahren gehören Gaszerstäubung, Plasmazerstäubung und elektrolytische Verfahren. Sie ergeben feine, kugelförmige Pulver, die sich zum Auftragen dünner, gleichmäßiger Schichten eignen, wie sie für Metall-PBF erforderlich sind.

F: Was sind die Ursachen für Defekte in 3D-gedruckten Metallteilen in Verbindung mit Pulvern?

A: Verunreinigungen im Pulver, zu viele Satelliten oder unregelmäßige Partikel außerhalb des spezifizierten Größenbereichs, Probleme mit dem Abbau des Pulvers während der Wiederverwendungszyklen und Probleme mit der Schichtdicke oder der Gleichmäßigkeit beim Auftragen und Wiederbeschichten.

F: Wie können Käufer die optimale Art und Qualität von Metallpulver auswählen und beziehen?

A: Seriöse Hersteller, die umfassende Materialdatenblätter, Analysezertifikate für Produktionschargen, die Einhaltung von Industrienormen wie ASTM F3049, Nachweise für strenge Qualitätskontrolltests und Garantien in Bezug auf Chemie, Größenverteilung usw. bereitstellen, bieten die für industrielle AM-Anwendungen erforderliche Zuverlässigkeit und Konsistenz.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass feine sphärische Metallpulver mit genau kontrollierten Eigenschaften eine wichtige Rolle als Ausgangsmaterial für die additive Fertigung von Präzisionsmetallkomponenten in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und im Maschinenbau spielen.

Edelstahl, Titan, Aluminium, Nickelsuperlegierungen und Kobaltchrom sind die derzeit am häufigsten verwendeten Werkstoffe für industrielle Produktionsanwendungen. Qualität, Genauigkeit, Materialeigenschaften und Prozessstabilität der Teile hängen stark von der Größe, Form, Chemie, Dichte und den Fließparametern des Pulvers ab.

In dem Maße, wie die Qualität und die Auswahl an Legierungen zunimmt und die Produktivität der Anlagen steigt, dürfte der 3D-Druck die Fertigung in zahlreichen Sektoren verändern, indem er leichtere, stärkere und leistungsfähigere Produkte mit bisher unmöglichen Designs für topologieoptimierte, aus Baugruppen zusammengesetzte Teile ermöglicht.

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