Jeder, der jahrelang neben einem Pulverbett gestanden hat, wird Ihnen dasselbe sagen: Die Maschine erregt die Aufmerksamkeit, aber das Pulver entscheidet über das Ergebnis. Pulver für die additive Fertigung sind keine Massenfüllstoffe – sie sind technische Ausgangsmaterialien, deren Chemie, Partikelgrößenverteilung, Form und Sauberkeit sich auf jedes einzelne von Ihnen gefertigte Teil übertragen. Wenn Sie sie richtig machen, wird der Prozess vorhersehbar. Wenn man sie falsch macht, verbringt man Wochen damit, Porosität zu jagen, die man sich nicht erklären kann.
Wir haben viel Zeit damit verbracht, Legierungspulver herzustellen und sie beim Plattieren, Spritzen und bei der Herstellung von Verschleißteilen einzusetzen. Deshalb wurde dieser Leitfaden in der Werkstatt und nicht in der Broschüre verfasst. Es behandelt, was diese Pulver sind, wie sich die Hauptfamilien unterscheiden, welche Spezifikationen tatsächlich wichtig sind und wie man ein Pulver an den von Ihnen durchgeführten Prozess anpasst.
Was Pulver für die additive Fertigung eigentlich sind
Bei der pulverbasierten additiven Fertigung wird ein Metallpulver Schicht für Schicht zu einem festen Teil verfestigt. Die Bindung erfolgt je nach Maschine auf unterschiedliche Weise: Ein Laser- oder Elektronenstrahl schmilzt jede Schicht bei der Pulverbettschmelzung, ein Druckkopf trägt das Bindemittel vor dem Sintern im Binder-Jetting-Verfahren auf und eine fokussierte Energiequelle schmilzt das Pulver, während es durch eine Düse bei der gezielten Energieabscheidung zugeführt wird.
Hier lohnt es sich, sich von der konventionellen Pulvermetallurgie zu trennen. Press-and-Sinter PM toleriert unregelmäßige, kantige Partikel, da das Pulver vor dem Erhitzen unter hohem Druck verdichtet wird. Additive Verfahren können das in der Regel nicht. Das Pulver muss fließen, sich in einer dünnen, gleichmäßigen Schicht verteilen und von einer Schicht zur nächsten gleichmäßig Energie absorbieren. Aus diesem Grund ist AM-Rohstoff fast immer gas- oder plasmazerstäubt, kugelförmig und streng abgestuft – die Prozessphysik verlangt es, nicht das Marketing.
Es gibt auch eine wissenswerte praktische Überschneidung. Pulver, die für das Laserauftragschweißen und thermische Spritzen entwickelt wurden, sind enge Verwandte von Druckerpulvern: gleicher Zerstäubungsweg, gleiche Metallurgie, oft eine andere Schnittgröße. Ein Lieferant, der beide Seiten versteht, kann Ihnen in der Regel viel Versuch und Irrtum ersparen.
Die wichtigsten Pulverfamilien und ihre jeweiligen Stärken
Die meisten industriellen AM-Pulver lassen sich in eine Handvoll Familien einteilen. Die folgende Tabelle ist eine grobe Karte und kein Regelbuch – innerhalb jeder Familie gibt es Dutzende von Graden, und der Grad ist weitaus wichtiger als der Familienname.
| Pulverfamilie | Typische Stärken | Wo es normalerweise verwendet wird |
|---|---|---|
| Auf Eisenbasis | Kostengünstig, gute Härte, einfache Nachbearbeitung | Allgemeine Maschinenteile, Werkzeuge, Verkleidung von Stahlkomponenten |
| Auf Nickelbasis | Korrosionsbeständigkeit, Zähigkeit, gutes Hochtemperaturverhalten | Chemie- und Prozessausrüstung, an die Luft- und Raumfahrt angrenzende Teile, Verkleidungen |
| Auf Nickelbasis superalloy | Festigkeit bleibt bei hohen Temperaturen erhalten, Oxidationsbeständigkeit | Heißteilkomponenten, Ofenhardware, Energieausrüstung |
| Auf Kobaltbasis | Verschleißfestigkeit, Warmhärte, Verschleißfestigkeit | Ventilsitze, Schrauben, Pumpenteile, Panzerungen und Verkleidungen |
| Auf Kupferbasis | Thermische und elektrische Leitfähigkeit | Kühlkörper, Induktionskomponenten, leitfähige Einsätze |
| Hartmetall-Verbundwerkstoff | Sehr hohe Härte, ausgezeichnete Abriebstandzeit | Schneid- und Bergbauwerkzeuge, Verschleißplatten, Beschichtungsschichten |
| Keramik und Oxid | Wärmebarriere, Isolierung, chemische Inertheit | Plasmagespritzte Beschichtungen, Hochtemperaturoberflächen |
Eine besondere Erwähnung verdienen Legierungen auf Kobaltbasis, da sie das Arbeitspferd des Verschleißschutzes sind. Wenn ein Teil reibt, rutscht oder heißem Schleifmittel ausgesetzt ist, übertrifft eine Kobaltsorte häufig härtere, aber sprödere Alternativen. Wir führen ein breites Sortiment dieser Pulver, gerade weil das gleiche Material sowohl für einen Drucker als auch für einen Schweißbrenner geeignet ist.
Kobaltbasierte Legierungspulver für Verschleiß- und Hochtemperaturanwendungen Durchsuchen Sie SD-Co-Sorten mit einem Härtebereich von 28 bis 53 HRC für Ventile, Matrizen, Rotoren und Verschleißauflagen. Vergleichen Sie Chemie und Partikelschnitte, bevor Sie das physikalische Verhalten beurteilen. Produkt anzeigen → Partikelgröße, Form und die Spezifikationen, auf die es ankommt
Zwei Pulver können identische Chemiezertifikate tragen und sich in der Maschine völlig unterschiedlich verhalten. Der Unterschied liegt normalerweise in den physischen Eigenschaften, und diese besprechen wir zuerst mit jedem neuen Kunden.
Lesen einer Pulverspezifikation
- Partikelgrößenverteilung: Der Schnitt muss auf die Schichtdicke und die Maschine abgestimmt sein. Ein Schnitt von 15–45 µm eignet sich für Systeme mit feinem Pulverbett; 45–105 µm sind eher typisch für gerichtete Energieabscheidung und Elektronenstrahlarbeit.
- Sphärizität und Oberflächenstruktur: Runde, glatte Partikel verteilen sich gleichmäßig und fließen gut. Satelliten und unregelmäßige Fragmente verursachen Streifen und ungleichmäßiges Schmelzen.
- Durchflussrate und scheinbare Dichte: Diese geben Aufschluss darüber, wie sich das Pulver im Trichter und im Beschichter verhält, nicht nur in einem Datenblatt.
- Sauerstoff- und Stickstoffgehalt: die häufigste versteckte Ursache für schlechte Duktilität und Schweißfehler.
- Porosität innerhalb der Partikel: Innere Hohlräume können das Schmelzen überleben und später als Gasporosität im Teil auftreten.
- Feuchtigkeit und Verunreinigungen: Besonders wichtig bei hygroskopischen Sorten und nach langer Lagerung.
Wenn Sie näher darauf eingehen möchten, wie sich die Verteilungskurve auf das tatsächliche Build-Verhalten auswirkt, lesen Sie unseren Hinweis zu Partikelgrößenverteilung geht auf die praktischen Konsequenzen ein.
Wie das Pulver hergestellt wird
Fast jedes Metallpulver der AM-Qualität beginnt mit einer Schmelze. Die Gaszerstäubung bricht die Tröpfchen auf, die mit Hochdruck-Inertgas zu Tröpfchen schmelzen, und verfestigt sie zu nahezu kugelförmigen Partikeln – der gebräuchlichste Weg für Nickel-, Kobalt- und Eisenqualitäten. Die Wasserzerstäubung ist billiger und schneller, erzeugt jedoch unregelmäßige Formen und wird daher hauptsächlich zum Pressen und Sintern sowie für einige Beschichtungsanwendungen verwendet. Plasmazerstäubung und Zentrifugalzerstäubung erzeugen stark kugelförmiges Pulver mit geringer Satellitenbildung, weshalb sie die anspruchsvolleren Titan- und Superlegierungsmärkte dominieren.
Der Zerstäubungsschritt ist nur die halbe Wahrheit. Durch Sieben, Klassifizieren, Mischen und Verpacken wird bestimmt, ob die Spezifikation, die Sie erhalten, mit der von Ihnen bestellten Spezifikation übereinstimmt. In unserer eigenen Anlage wird das Pulver von der Rohschmelze bis zum fertigen, gesiebten Produkt hergestellt. Nur so können die Sauerstoffaufnahme und die Chargenunterschiede unter Kontrolle gehalten werden.
Passendes Pulver für Ihren Prozess
Es gibt kein allgemein „bestes“ Pulver – nur das, das am besten zu einem Prozess, einer Geometrie und einem Kostenziel passt. Beim Pulverbettschmelzen werden feine, frei fließende Schnitte und ein geringer Sauerstoffgehalt benötigt. Die gerichtete Energiedeposition ist hinsichtlich der Größe weitaus toleranter, reagiert jedoch empfindlich auf die Futterkonsistenz. Das Laserauftragschweißen liegt irgendwo dazwischen und funktioniert normalerweise am besten mit einem gröberen, streng kontrollierten Schnitt, damit das Schmelzbad bei Geschwindigkeit stabil bleibt.
Es hilft auch, darüber nachzudenken, was nach dem Build passiert. Eine Sorte, die sich gut bearbeiten lässt, ist möglicherweise eine schlechte Wahl für ein zu polierendes Teil, und eine Sorte mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit kann schwierig zu bearbeiten sein. Eine frühzeitige Entscheidung über die Nachbearbeitungsroute schränkt die Pulverauswahl normalerweise auf zwei oder drei Kandidaten ein.
Laserbeschichtungslegierungspulver aus Nickel, Kobalt und Eisen Sehen Sie sich Pulver auf Nickel-, Kobalt- und Eisenbasis sowie Hartmetallverbundwerkstoffe mit Schnitten von 53–150 µm und Härtebereichen an, um Sorten in die engere Auswahl zu nehmen, bevor Sie die Nachbearbeitung planen. Produkt anzeigen → Wiederverwendung, Handhabung und Qualitätskontrolle
Pulver ist teuer, daher verwendet es fast jeder wieder. Das ist in Ordnung, in Grenzen. Bei jedem Zyklus wird das Material Hitze, Feuchtigkeit und Handhabung ausgesetzt, und der Feinanteil wächst, während Sauerstoff nach oben kriecht. Ein praktikabler Ansatz sieht so aus:
- Verfolgen Sie die Anzahl der Wiederverwendungszyklen pro Charge und protokollieren Sie sie mit dem Build.
- Sieben Sie nach jedem Aufbau erneut und vergleichen Sie die Verteilung mit dem Originalschnitt.
- Messen Sie den Sauerstoffgehalt regelmäßig, anstatt davon auszugehen, dass er stabil ist.
- Verschlossen, trocken und deutlich gekennzeichnet lagern – eine Kreuzkontamination zwischen Legierungsqualitäten ist viel einfacher zu verursachen als zu erkennen.
- Entsorgen Sie Gruppen aufgrund von Beweisen, nicht aus Gewohnheit.
Bei kritischen Teilen erkennt eine einfache Eingangskontrollroutine – Chemie, Verteilung, Durchfluss und eine visuelle Prüfung unter Vergrößerung – die meisten Probleme, bevor sie die Maschine erreichen.
Wenn das Pulver den Drucker verlässt
Nicht jedes Verschleißproblem rechtfertigt ein neues Teil. Eine große Walze, ein Schneckengang oder ein Pumpenkolben lässt sich oft weitaus kostengünstiger restaurieren als ersetzen, und hier verdienen die gleichen zerstäubten Pulver in einer anderen Rolle ihren Unterhalt. Durch Laserauftragschweißen Dabei wird eine metallurgisch gebundene Schicht mit minimaler Verdünnung und sehr geringer Verformung auf eine verschlissene Oberfläche aufgetragen und die Komponente wird mit einer härteren Oberfläche als ursprünglich wieder in Betrieb genommen.
Für abrasive und erosive Aufgaben sind karbidhaltige thermische Spritzpulver häufig die bessere Lösung, da sie bei relativ geringem Wärmeeintrag eine harte, gut gebundene Schicht liefern.
Wolframkarbid-Thermospritzpulver für abrasiven Verschleiß Vergleichen Sie kobalt-, nickel- und NiCr-gebundene Hartmetallsorten für HVOF, Plasma und Plattieren mit den angegebenen Härte-, Chemie- und Partikelgrößenoptionen. Produkt anzeigen → Fragen, die es wert sind, gestellt zu werden, bevor Sie eine Bestellung aufgeben
- Welchem Zuschnitt wurde diese Charge zugeordnet und wie sieht die tatsächliche Verteilungskurve aus?
- Was sind die gemessenen Sauerstoff- und Stickstoffwerte, nicht die typischen Werte?
- Welche Zerstäubungsroute wurde verwendet und wie wurden Satelliten und Feinstoffe entfernt?
- Kann der Lieferant sowohl das Pulver als auch den nachgelagerten Prozess wie Plattieren oder Sprühen unterstützen?
- Was wird eigentlich in der Chargenrückverfolgbarkeit erfasst?
Ein Lieferant, der diese Fragen ohne Zögern beantwortet, ist in der Regel ein Lieferant, der das Material versteht und es nicht nur lagert.
Additive Fertigungspulver belohnen bei der Auswahl mit etwas Geduld. Verstehen Sie die Familie, bestehen Sie auf den physischen Spezifikationen, passen Sie den Schnitt an den Prozess an und halten Sie die Handhabungsdisziplin streng ein. Wenn Sie das tun, lassen sich die Maschine, die Parameter und die Teilequalität viel einfacher kontrollieren – und das Pulver ist nicht mehr die Variable, die Sie nicht erklären können.
