Die Bedeutung der Analyse von Partikelgröße und Rundheit für den 3D-Druck

3D-Druck ist eine Art von Rapid-Prototyping-Technologie, auch bekannt als additive Fertigung. Diese Technologie basiert auf digitalen Modelldateien, bei denen klebende Materialien wie Metallpulver oder Kunststoff verwendet werden, um Objekte durch schichtweises Drucken in drei Dimensionen zu konstruieren. Der 3D-Druck wurde durch den Einsatz eines Materialdruckers mit digitaler Technologie ermöglicht. Er wird häufig im Formenbau, im Industriedesign und in anderen Bereichen eingesetzt, um Modelle/Teile zu erstellen, die schließlich in der direkten Herstellung von Produkten verwendet werden. Das Drucken von Teilen mit dieser Technologie ist heute gang und gäbe und ersetzt rasch andere Technologien, die traditionell verwendet wurden. Die Technologie findet Anwendung in den Bereichen Schmuck, Schuhe, Industriedesign, Bauwesen, Technik und Konstruktion (AEC), Automobilbau, Luft- und Raumfahrt, Dental- und Medizintechnik, Bildung, geografische Informationssysteme, Bauwesen und Schusswaffen, um nur einige zu nennen.

Faktoren, die den 3D-Druck beeinflussen

Die Verteilung der Partikelgröße, die Rundheit, die chemische Zusammensetzung, der Sauerstoffgehalt und die Fließfähigkeit des Pulvers wirken sich alle auf die Leistungsindizes von 3D-Druckteilen aus.

Gegenwärtig liegt der übliche Partikelgrößenbereich von Pulver für den 3D-Druck von Metallen bei 15-53μm, 53-105μm und kann in einigen Fällen auf 105~150μm erweitert werden. Dieser zu verwendende Partikelgrößenbereich hängt von den verschiedenen Energiequellen der Metalldrucker ab. Drucker, die einen Laser als Energiequelle verwenden, sind wegen ihres feinen Brennpunkts und der relativen Leichtigkeit, mit der sie feine Pulver schmelzen können, für den Größenbereich von 15-53 μm Pulver geeignet. Ein Plasmastrahl kann als Energiequelle für den Drucker verwendet werden, wenn er grobes Pulver schmilzt und 53-105 μm Pulver verwendet.

Die Rundheit ist das Maß für die Nähe der Metallpulverpartikel zu einem Kreis und liegt im Bereich von 0-1, wobei perfekte Kugeln einen Wert von 1 haben. Die Fließfähigkeit ist die Fähigkeit einer Substanz, leicht zu fließen, und ihr Wert wird anhand der Zeit bestimmt, die eine bestimmte Masse Metallpulver benötigt, um durch ein Messwerkzeug mit einer bestimmten Öffnung (s/50g) zu fließen. Im Allgemeinen gilt: Je höher der Rundheitswert, desto besser ist die Fließfähigkeit der Pulverteilchen. Dies wiederum bedeutet, dass sich die Pulververlegung und -zufuhr während des 3D-Metalldrucks leichter steuern lässt und somit Teile mit höherer Druckqualität entstehen.

Analyse der Partikelgröße von Nickellegierungspulver

Qualitativ hochwertige 3D-gedruckte Metallprodukte werden erreicht, wenn die großen und kleinen Partikel des Metallpulvers in einem angemessenen Verhältnis gemischt werden. Nach der obigen Einführung ist es sehr wichtig, die Partikelgröße und -verteilung des Metallpulvers zu bestimmen. Gegenwärtig wird zur Bestimmung der Partikelgröße und -verteilung solcher Metallpulver in der Regel ein Laser-Partikelgrößenanalysator verwendet. Im Folgenden wird der Test von Nickellegierungspulver beschrieben.

Abbildung 1. Diagramm der Partikelgrößenverteilung einer einzelnen Probe einer Nickellegierung

Abbildung 2. Partikelgrößenanalyse einer Probe aus einer Nickellegierung bei der Messung mit dem Bettersizer 2600

Analyse der Rundheit des Nickellegierungspulvers

Kugelförmiges oder subkugelförmiges Pulver hat eine gute Fließfähigkeit und verstopft daher das Pulverzufuhrsystem während des Druckvorgangs viel seltener. Außerdem lässt sich kugelförmiges Pulver leichter in eine dünne Schicht auftragen, wodurch die Maßgenauigkeit und die Oberflächenqualität von 3D-Druckteilen verbessert wird. Darüber hinaus wird die Dichte und Gleichmäßigkeit der Teile verbessert, was sphärische Pulver zum bevorzugten Rohstoff für den 3D-Druck macht. Im Folgenden wird die Rundheit von Nickellegierungspulver analysiert.

Abbildung 3. Bild der Probe einer Nickellegierung in der BeVision S1-Messung

Abbildung 4. Rundheitsanalyse der Probe einer Nickellegierung bei der BeVision S1-Messung

Schlussfolgerung

Es gibt Anzeichen dafür, dass der 3D-Druck in der industriellen Fertigung weltweit stark an Bedeutung gewinnt. In dem Maße, wie die 3D-Drucktechnologie reift und sich weiterentwickelt, werden wöchentlich mehr und mehr Anwendungen entdeckt, um die individuellen Bedürfnisse eines jeden Verbrauchers bestmöglich zu erfüllen. Für einige besonders komplexe Teile, die schwer zu bearbeiten sind und keine Massenproduktion erfordern, bietet der 3D-Druck einen starken Wettbewerbsvorteil. Um diesen Wettbewerbsvorteil aufrechtzuerhalten, ist die Kontrolle der Partikelverteilung und der Rundheit ein Muss, um ein qualitativ besseres Produkt in der additiven Fertigung zu erhalten.