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Herausforderung Metallpulver

Partikelmesstechnik mit Verständnis für Metalle

| Autor/ Redakteur: Vanessa Fronk* / Dr. Ilka Ottleben

Pulver ist nicht gleich Pulver. Um die Qualität eines Pulvers zu bewerten und dessen Eigenschaften zu verstehen, ist eine umfassende Analyse unerlässlich. Zu den wichtigsten Parametern zählen die Partikelgrößenverteilung, die Fließfähigkeit, die spezifische Oberfläche und die Feststoffdichte, denn all diese Messgrößen beeinflussen den Produktionsprozess sowie die Endproduktqualität enorm.

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Metallpulver finden vielfach Anwendung in der additiven Fertigung und müssen dazu genau analysiert werden.
Metallpulver finden vielfach Anwendung in der additiven Fertigung und müssen dazu genau analysiert werden.
(Bild: ©Patrick Daxenbichler - stock.adobe.com)

Metallpulver finden beispielsweise Anwendung beim 3D-Druck im Bereich der additiven Fertigung. Diese Technologie ermöglicht es, Produkte in beinahe beliebiger Größe und Komplexität herzustellen.

Anwendungsbeispiel additive Fertigung

Für den 3D-Metalldruck ist selektives Laserschmelzen (SLM) das bekannteste Verfahren. Bei diesem Ansatz wird zunächst eine dünne Schicht Metallpulver auf einer ebenen Fläche aufgebracht. Ein Hochleistungslaserstrahl verschmilzt anschließend die Pulverpartikel ortsselektiv. Diese beiden Schritte müssen mehrmals wiederholt werden, bis Schicht für Schicht ein festes Werkstück im Pulverbett entsteht.

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Nicht nur in der Prototypenentwicklung hilft SLM – die Technologie findet auch Anwendung bei der Serienfertigung von Teilen, deren geometrische Struktur durch konventionelles Gießen oder spanabhebende Bearbeitung nicht zugänglich sind. Aktuelle Beispiele aus der Industrie sind leichte, mechanisch überaus belastbare Flugzeugteile oder auch die Heizkammer des Konvektionsheizsystems CTD 600 MDR von Anton Paar.

Die hohen Kosten für definierte Metallpulver können eine Hemmschwelle für den Einsatz additiver Fertigungstechnologien sein. Hilfreich ist es daher, die Qualität des Rohmaterials zu kontrollieren und zu optimieren, um einen Produkt­ausschuss zu vermeiden, sowie überschüssiges Metallpulver recyclingfähig zu machen.

Metallpulver verarbeiten – eine Herausforderung

Die Partikelgröße und die Breite der Größenverteilung eines Metallpulvers sind zwei der vielen Faktoren, die das Fließverhalten sowie den Verarbeitungsprozess beeinflussen. Beispielsweise können sehr große Partikel zu unsauberen Schmelzvorgängen und rauen Oberflächen des Endprodukts führen.

Des Weiteren sind die spezifische Oberfläche und Dichte der Metallpulver entscheidend für das Sinterverhalten und die Produktstabilität.

Um diese Herausforderungen bei der Herstellung, Lagerung oder
Verarbeitung von Metallpulvern zu meistern, bietet Anton Paar ein
vielseitiges Portfolio an Messtechniken:

  • Laserbeugung: Das Verfahren ist aufgrund seiner Zuverlässigkeit, Schnelligkeit und Einfachheit in der Qualitätskontrolle und Forschung zur Analyse der Partikelgrößenverteilung etabliert.
  • Pulverrheologie: Analyse des Fließverhaltens sowie Belastungstests über rheologische Messungen, um das Verarbeitungsverhalten z.B. beim Rakeln zu verstehen.
  • Heliumpyknometrie und Gasadsorption: Die spezifische Oberfläche und die Feststoffdichte sind gängige Parameter, um die Qualität von Materialien zu ermitteln.

Diese Messtechniken helfen bei der Bestimmung der Eigenschaften von Metallpulvern von Charge zu Charge sowie bei der Entwicklung neuer Pulver und der Bewertung der Wiederverwendbarkeit.

Mit Partikelgrößenanalyse Chargenqualität überprüfen

Zwei verschiedene Produktionschargen (Charge 1, Charge 2) von frischem Edelstahlpulver (R00) wurden mit dem Partikelgrößen-Analysegerät PSA 1190 LD von Anton Paar analysiert. Neben drei Lasern, Haupt- und mehreren Zusatzdetektoren, beinhaltet das PSA 1190 eine Kamera für die Vermessung von Partikeln größer als 0,5 mm.

Beim Vergleich der Ergebnisse (s. Abb. 2A) zeigt sich im unteren Größenbereich eine deutliche Diskrepanz. Während Charge 1 zwei zusätzliche Peaks zeigt, hat Charge 2 eine einzige breitere Verteilung.

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