Nickel-Legierungspulver für den 3D-Druck

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Überblick über Nickellegierungspulver für den 3D-Druck

3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigunghat das Produktdesign und die Fertigung in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizin und der Konsumgüterindustrie revolutioniert. Anders als bei der traditionellen subtraktiven Fertigung, bei der Material entfernt wird, werden beim 3D-Druck Komponenten Schicht für Schicht auf der Grundlage eines digitalen 3D-Modells aufgebaut.

Eine der beliebtesten Technologien für den 3D-Druck von Metallen ist das Pulverbettschmelzen, bei dem eine thermische Energiequelle selektiv Bereiche eines Pulverbettes verschmilzt. Die unübertroffene Designfreiheit, das günstige Preis-Leistungs-Verhältnis und die wirtschaftliche Produktion komplexer Teile haben zu einer enormen Verbreitung von Pulverbetttechnologien wie Selektives Laserschmelzen (SLM), Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM).

Nickellegierungen sind eine vielseitige Materialklasse mit Eigenschaften wie hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit, die sie zu idealen Kandidaten für den 3D-Druck machen. Zu den am häufigsten verwendeten Nickellegierungspulvern für das Pulverbettschmelzen gehören Inconel-Superlegierungen, rostfreie Stähle, Hastelloys, Nimonics, Kovar, Invar, Monel, Nickel-Titan-Legierungen und Superlegierungen auf Nickelbasis.

Zusammensetzung von Nickellegierungspulvern

Die Eigenschaften von Nickellegierungen ergeben sich aus ihrer elementaren Zusammensetzung und ihrem Gefüge. Der Nickelgehalt schwankt bei den verschiedenen Legierungen zwischen 2% und 99%. Nickel verleiht Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit. Die Legierungselemente werden hinzugefügt, um bestimmte Eigenschaften je nach Anwendung zu verbessern.

Nickellegierungspulver-Zusammensetzungen

Legierung Familie	Nickelgehalt	Legierungselemente
Inconel	30-80%	Cr, Mo, Nb, Ta, Al, Ti, Fe
Rostfreier Stahl	2-20%	Cr, Mo, Mn, Si, C
Hastelloy	35-60%	Mo, Cr, W, Fe, Co
Nimonic	Über 50%	Cr, Ti, Al, Mo
Kovar	17%	Fe, Co, Mn, Si
Invar	36%	Fe
Monel	Über 67%	Cu, Fe, Mn, Si, C
Nickel-Titan	55% Ni, 45% Ti	–
Nickel-Superlegierungen	Über 50%	Cr, Co, Mo, W, Ta, Al, Ti, Nb

Der Chromgehalt in nichtrostenden Stählen und Nickelsuperlegierungen verbessert die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit. Molybdän, Wolfram und Tantal verbessern die Kriechfestigkeit und die mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Eisen in Legierungen wie Kovar und Invar steuert das Wärmeausdehnungsverhalten. Aluminium, Titan und Niob werden zur Ausscheidungshärtung hinzugefügt. Mangan verbessert die Heißduktilität, während Kohlenstoff die Festigkeit und Härte erhöht. Silizium verbessert die Fließfähigkeit und Schweißbarkeit.

Wenn man versteht, wie die Legierung die Mikrostrukturbildung und die Eigenschaften beeinflusst, kann man das optimale Material für eine Anwendung auswählen. Die ordnungsgemäße Charakterisierung und Qualifizierung der Pulverzusammensetzung und -qualität ist entscheidend, bevor auftragskritische Komponenten gedruckt werden.

Eigenschaften von Nickellegierungspulvern

Die einzigartigen Eigenschaften von Nickellegierungen, die aus optimierten Pulvern gedruckt werden, ermöglichen ihren Einsatz in verschiedenen Anwendungen und extremen Umgebungen. In der nachstehenden Tabelle sind die allgemeinen Eigenschaften für gängige Legierungsfamilien zusammengefasst.

Eigenschaften von Nickellegierungspulver-Familien

Legierung Familie	Dichte	Schmelzpunkt	Zugfestigkeit	Wärmeleitfähigkeit	Thermische Ausdehnung	Oxidationsbeständigkeit	Korrosionsbeständigkeit
Inconel	8,2-8,4 g/cc	1300-1450°C	750-1380 MPa	11-16 W/mK	12-16 μm/m°C	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet
Rostfreier Stahl	7,5-8,1 g/cc	1375-1500°C	450-1100 MPa	15-30 W/mK	10-18 μm/m°C	Gut	Gut-Ausgezeichnet
Hastelloy	8,1-9,2 g/cc	1260-1350°C	550-1000 MPa	6-22 W/mK	12-16 μm/m°C	Gut-Ausgezeichnet	Ausgezeichnet
Nimonic	8,1-8,7 g/cc	1260-1400°C	500-1200 MPa	10-30 W/mK	12-17 μm/m°C	Gut	Gut
Kovar	8,2 g/cc	1450°C	550 MPa	17 W/mK	5,9 μm/m°C	Schlecht	Schlecht
Invar	8 g/cc	1427°C	200-450 MPa	10,5 W/mK	1,2 μm/m°C	Messe	Messe
Monel	8,8 g/cc	1350-1370°C	550-950 MPa	21-48 W/mK	13-17 μm/m°C	Messe	Ausgezeichnet
Nickel-Titan	6,4 g/cc	1240-1310°C	600-900 MPa	8-18 W/mK	11 μm/m°C	Messe	Ausgezeichnet
Nickel-Superlegierungen	8-9 g/cc	1260-1350°C	750-1400 MPa	11-61 W/mK	12,5-17 μm/m°C	Gut-Ausgezeichnet	Angemessen-gut

Der hohe Schmelzpunkt von Nickellegierungen verhindert, dass sich Teile während der Verarbeitung verziehen oder verformen. Festigkeitsniveaus über einen breiten Temperaturbereich ermöglichen tragende strukturelle Anwendungen. Das kontrollierte Wärmeausdehnungsverhalten ermöglicht Präzisionsbauteile mit engen Toleranzen. Die ausgezeichnete Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit erleichtert den Einsatz in rauen Umgebungen wie der Schifffahrt, der chemischen Industrie sowie der Öl- und Gasindustrie.

Durch Anpassung der Pulverzusammensetzung und der Prozessparameter können die Materialeigenschaften für die Konstruktionsanforderungen optimiert werden. Die anisotrope Natur der additiven Fertigung kann jedoch zu richtungsabhängigen Eigenschaften führen. Um die gewünschte Leistung zu erzielen, ist eine ordnungsgemäße Konstruktion und Qualitätssicherung entscheidend.

Anwendungen von Nickellegierungspulvern

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit eignen sich Nickellegierungen für zahlreiche Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungsbereich, in der Automobilindustrie, in der Schifffahrt, in der Öl- und Gasindustrie, in der chemischen Verarbeitung, in der Energieerzeugung, in der Medizintechnik, im Werkzeugbau und in anderen Bereichen der allgemeinen Technik.

Industrie Anwendungen von Nickellegierungspulver Familien

Legierung Familie	Industrieanwendungen
Inconel	Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Automobilbau, chemische Verarbeitung, Öl und Gas, Stromerzeugung, Raketen, Kernkraft
Rostfreier Stahl	Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Automobilbau, Medizin, Schifffahrt, Architektur, Chemie, Lebensmittelverarbeitung, Werkzeugbau, Formenbau
Hastelloy	Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, chemische Verarbeitung, Umweltschutz, Stromerzeugung, Öl und Gas
Nimonic	Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Energieerzeugung, chemische Verarbeitung, Werkzeugbau
Kovar	Elektronik, Halbleiter, integrierte Schaltungen, Verpackung
Invar	Elektronik, Optik, Präzisionsinstrumente, Luft- und Raumfahrt
Monel	Schifffahrt, Öl und Gas, chemische Verarbeitung, Stromerzeugung, Zellstoff und Papier
Nickel-Titan	Medizinische Geräte, Aktoren, Sensoren, Luft- und Raumfahrt, Öl und Gas
Nickel-Superlegierungen	Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Energieerzeugung, Öl und Gas, Automobilbau, Werkzeugbau

Einige Beispiele für Teile aus Nickellegierungen, die im 3D-Druckverfahren hergestellt werden, sind:

Luft- und Raumfahrt: Turbinenschaufeln, Düsen, Brennkammern, Ventile, Halterungen, Thermofluid-Komponenten
Kraftfahrzeuge: Turbolader-Rotoren, Krümmer, Ventile, Teile für den Antriebsstrang
Medizin: Implantate, Prothesen, chirurgische Instrumente, patientenspezifische Geräte
Öl und Gas: Bohrlochwerkzeuge, Ventile, Bohrlochkopfkomponenten, Rohrverbindungen
Werkzeugbau: Spritzgussformen, Strangpresswerkzeuge, Vorrichtungen, Presswerkzeuge
Allgemeines: Wärmetauscher, Teile für die Flüssigkeitsbehandlung, Befestigungselemente, Gehäuse, Schränke

Die hervorragenden Materialeigenschaften, die komplexen Geometrien, die kürzeren Lieferzeiten, die geringeren Kosten und die Designflexibilität, die der 3D-Druck von Nickellegierungen ermöglicht, machen sie zu einer sehr attraktiven Option für viele kritische Anwendungen.

Spezifikationen für Nickellegierungspulver

Nickellegierungspulver sind im Handel in verschiedenen Größenverteilungen, Morphologien und Qualitätsstufen erhältlich, die auf die Anforderungen des 3D-Drucks zugeschnitten sind. Nachstehend sind die üblichen Spezifikationen aufgeführt:

Typische Spezifikationen für Nickellegierungspulver

Eigentum	Typische Werte
Zusammensetzung der Legierung	Kundenspezifische Legierungen, Qualität nach ASTM/ASME
Partikelform	Sphärisch, nahezu sphärisch
Partikelgröße	10-45 Mikrometer
Partikelgrößenverteilung	D10: 15-25 μm, D50: 25-35 μm, D90: 35-45 μm
Scheinbare Dichte	2,5-5,5 g/cc
Dichte des Gewindebohrers	4-8 g/cc
Fließfähigkeit	Hervorragend per Hall-Durchflussmesser
Restsauerstoff	100-400 ppm
Reststickstoff	50-150 ppm
Restlicher Kohlenstoff	100-300 ppm

Sphärische Morphologie und enge Partikelgrößenverteilung mit D10-, D50- und D90-Werten in idealen Bereichen für den jeweiligen Druckprozess tragen zur Erzielung einer guten Dichte und mechanischer Eigenschaften bei. Die hohe Fließfähigkeit verhindert die Agglomeration des Pulvers und Probleme mit der Verteilbarkeit bei der Wiederbeschichtung. Niedrige Restsauerstoff-, Stickstoff- und Kohlenstoffwerte minimieren Verunreinigungen und Porosität.

Pulverqualität, Größenparameter und andere Merkmale beeinflussen die endgültigen Teileigenschaften erheblich und müssen mit den Anforderungen des Druckers und der Anwendung übereinstimmen. Die meisten Anbieter bieten kundenspezifische Legierungszusammensetzungen und Partikeloptimierung an, um die Spezifikationen der Anwender zu erfüllen.

Nickel-Legierungspulver 3D-Druckverfahren

Zu den gängigsten additiven Fertigungsverfahren für die Verarbeitung von Nickellegierungspulvern gehören:

Druckverfahren für Nickellegierungspulver

Methode	Beschreibung
Selektives Laserschmelzen (SLM)	Pulverbett durch fokussierten Laserstrahl geschmolzen
Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS)	Ähnlich wie SLM, aber mit geringerer Laserleistung
Elektronenstrahlschmelzen (EBM)	Mittels Elektronenstrahl unter Vakuum geschmolzenes Pulverbett
Laser-Metallabscheidung (LMD)	Pulver wird in ein mit einem Laser erzeugtes Schmelzbad eingespritzt
Gerichtete Energieabscheidung (DED)	Ähnlich wie bei LMD mit Pulver- oder Drahtzufuhr
Binder Jetting	Selektiv auf das Pulverbett gedruckter flüssiger Haftvermittler

SLM und DMLS verwenden einen Laser mit hoher Leistungsdichte, um das Metallpulver schichtweise vollständig zu dichten Teilen zu schmelzen. EBM verwendet einen Elektronenstrahl als Energiequelle, um Teile unter Vakuum zu fertigen. Beim drahtgespeisten LMD wird der zugeführte Metalldraht mit einem fokussierten Laser geschmolzen. Beim Binder-Jetting wird ein flüssiges Bindemittel aufgedruckt, um das Teil zu formen, und anschließend gesintert.

Welches Verfahren gewählt wird, hängt von Faktoren wie Teilegröße, Geometriekomplexität, Oberflächengüte, Auflösung der Merkmale, Produktionsrate und Kosten ab. Jedes Verfahren erfordert eine Optimierung der Druckereinstellungen und Parameter, die auf die Zusammensetzung der Pulverlegierung zugeschnitten sind.

Prozessparameter für Nickellegierungspulver

Zu den kritischen Druckparametern für Nickellegierungen, die im Hinblick auf Dichte, Festigkeit, Präzision und Oberflächengüte optimiert werden müssen, gehören:

Typische SLM/DMLS-Prozessparameter

Parameter	Typischer Bereich
Schichtdicke	20-60 μm
Laserleistung	100-400 W
Scan-Geschwindigkeit	400-1200 mm/s
Abstand zwischen den Luken	80-200 μm
Balkengröße	50-200 μm
Strategie für das Scannen	Schach, Streifen, Kontur
Unterstützungsstruktur	Regelmäßig, fragmentiert, hybrid

Typische EBM-Prozessparameter

Parameter	Typischer Bereich
Schichtdicke	50-200 μm
Leistung des Elektronenstrahls	3-15 kW
Funktion Geschwindigkeit	20-200 mm/s
Zeilenversatz	0,1-0,3 mm
Fokusversatz	15-35 mA
Strategie für das Scannen	Uni-direktional, bi-direktional
Unterstützungsstruktur	Regelmäßig, schwer

Geringere Schichtdicke und Strahlgröße gepaart mit höheren Scangeschwindigkeiten erhöhen Auflösung, Genauigkeit und Oberflächengüte. Üblicherweise werden Schachbrett- oder Streifenmuster verwendet. Perimetrische Konturen verbessern die Kantenqualität. Optimierte Stützstrukturen verhindern Verformungen, sind aber leichter zu entfernen. Vorwärmung und Pulverrecycling können die Dichte und Materialqualität verbessern.

Vorteile des 3D-Drucks von Nickellegierungen

Die additive Fertigung mit optimierten Nickellegierungspulvern bietet viele Vorteile gegenüber der herkömmlichen Fertigung:

Gestaltungsfreiheit: Komplexe Geometrien, die durch maschinelle Bearbeitung nicht möglich sind
Gewichtsreduzierung: Leichtere Bauteile durch Topologieoptimierung
Teilweise Konsolidierung: Reduzierte Montage durch gedruckte komplexe Formen
Personalisierung: Auf den Patienten abgestimmte medizinische Geräte, Werkzeuge
Weniger Abfall: Nur die erforderliche Menge an Material wird verwendet
Kürzere Vorlaufzeit: Wochen statt Monate für die Herstellung von Werkzeugen
Flexibilität der Prozesse: Einfache Entwurfsiterationen und Optimierung
Leistungsvorteile: Anisotrope Stärken, eingebettete Merkmale
Kostensenkung: Eliminierung von Werkzeugkosten, Produktion von Kleinserien
Buy-to-fly-Verhältnis: Nur Druck des Endteils versus Bearbeitung vom Block

Der 3D-Druck erweitert den Gestaltungsspielraum und ermöglicht neuartige Teile aus Nickellegierungen, die mit herkömmlichen Techniken nicht machbar oder wirtschaftlich sind. Er revolutioniert die Produktion in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und anderen Branchen.

Lieferanten von Nickellegierungspulver

Die meisten großen Metallpulverhersteller bieten inzwischen eine Reihe von Nickellegierungspulvern an, die für die additive Fertigung optimiert sind. Zu den führenden Anbietern gehören:

Wichtige Lieferanten von Nickellegierungspulver

Anbieter	Wichtigste Legierungssorten
Met3DP	Inconel 625, 718, Hastelloy X, nichtrostende Stähle
Sandvik	Osprey nichtrostende Stähle, Superlegierungen, Titanlegierungen
Praxair	Inconel 718, 625, Hastelloy X, nichtrostende Stähle
AP&C	Inconel 718, 625, nichtrostende Stähle
LPW-Technologie	Inconel 718, nichtrostende Stähle, Nickelsuperlegierungen
SLM-Lösungen	Rostfreier Stahl 316L, 17-4PH, Nickelsuperlegierungen
GE-Zusatzstoff	Rostfreier Stahl 316L, Inconel 718, 625, Hastelloy

Die Lieferanten bieten verschiedene Größenverteilungen, eine hervorragende Fließfähigkeit des Pulvers, einen niedrigen Sauerstoff- und Feuchtigkeitsgehalt, Chargenrückverfolgbarkeit und kundenspezifische Legierungen, die auf die Prozess- und Anwendungsanforderungen zugeschnitten sind. Die meisten bieten eine spezielle Charakterisierung an, um eine gleichbleibend hohe Qualität des Pulvers zu gewährleisten.

Kosten für Nickellegierungspulver

Die durchschnittlichen Kosten für gängige Nickellegierungspulver sind im Folgenden zusammengefasst:

Kosten für Nickellegierungspulver

Material	Kosten pro kg
Inconel 718	$75-150
Inconel 625	$60-120
Rostfreier Stahl 316L	$35-70
Rostfreier Stahl 17-4PH	$45-90
Hastelloy X	$85-170
Nickel-Superlegierungen	$90-200

Hochleistungslegierungen wie Inconel 718 und Hastelloy X haben einen höheren Preis, während nichtrostende Stähle in der Regel die kostengünstigste Option sind. Die Materialkosten sind jedoch nur eine Komponente der Gesamtkosten eines Teils. Der Mehrwert, der sich aus der Designflexibilität, den Leistungsvorteilen und der Verkürzung der Vorlaufzeit ergibt, gleicht die höheren Pulverpreise für die Kleinserienproduktion oft aus.

Der Kauf von Pulver in großen Mengen kann die Kosten senken. Viele Lieferanten bieten auch Wiederverwendungs- und Recyclingdienste für Pulver an. Insgesamt muss der Käufer bei der Auswahl eines geeigneten Nickellegierungspulvers die Gesamtkosten einschließlich Arbeitsaufwand, Nachbearbeitung, Materialausnutzung, mechanische Eigenschaften und andere Faktoren berücksichtigen.

Großhandelspreis: $20/Kg-$200/Kg

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FAQ zum 3D-Druck von Metallpulver

Wie kann ich den Metal3DP-Kundendienst kontaktieren?

Wir bieten einen 24/7-Kundenservice. Unsere Kontaktdaten finden Sie auf der Seite Kontakt, einschließlich Telefon, E-Mail und Online-Chat.

Welche Metallpulver-Materialien bietet Metal3DP an?

Wir bieten verschiedene hochwertige Metallpulver an, darunter Edelstahl und Hochtemperaturlegierungen, die sich für Verfahren wie das Laser- und Elektronenstrahl-Pulverbettschmelzen eignen.

Wie stellt Metal3DP die Qualität des 3D-Druck-Metallpulvers sicher?

Mit unserer umfassenden Erfahrung in der additiven Fertigung von Metallen setzen wir fortschrittliche Verfahren und strenge Qualitätskontrollen ein, um die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächenqualität der Teile zu gewährleisten.

In welchen Branchen werden die 3D-Druckgeräte von Metal3DP eingesetzt?

Unsere Geräte werden in zahlreichen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und anderen eingesetzt und bieten Lösungen für Hochleistungsmetallkomponenten in der Fertigung.

Bietet Metal3DP kundenspezifische Legierungsoptionen an?

Ja, wir bieten kundenspezifische Legierungsdienstleistungen an, um spezifische Materialanforderungen von Kunden zu erfüllen.

Was sind die Vorteile der SEBM-Systeme von Metal3DP?

Unsere SEBM-Systeme zeichnen sich durch die Herstellung komplexer Metallteile mit außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften aus. Zu den wichtigsten Merkmalen gehören das branchenführende Fertigungsvolumen, die Präzision und die Zuverlässigkeit.

Kann ich Anwendungsfälle auf der Metal3DP-Website finden?

Ja, auf unserer Website finden Sie eine Vielzahl von Anwendungsbeispielen, die erfolgreiche Implementierungen der Metal3DP-Technologie in verschiedenen Branchen zeigen.

Wie kann ich mit Metal3DP zusammenarbeiten?

Setzen Sie sich mit uns in Verbindung, und unser Team wird Ihnen maßgeschneiderte Lösungen und Pläne für die Zusammenarbeit anbieten, die auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind.

Wie lange ist die Bearbeitungszeit für die kundenspezifischen Dienstleistungen von Metal3DP?

Die Bearbeitungszeit für kundenspezifische Dienstleistungen variiert je nach Komplexität des Projekts. Wir geben Ihnen genaue Lieferzeiten auf der Grundlage Ihrer Anforderungen an.

Welche 3D-Drucktechnologien bietet Metal3DP an?

Wir sind spezialisiert auf Selektives Lasersintern (SLS), Selektives Laserschmelzen (SLM) und Selektives Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) und andere 3D-Druckverfahren.

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