Additive Fertigung (AF) – auch als 3D-Druck bezeichnet – ist der Prozess des Aufbaus dreidimensionaler Strukturen oder Komponenten von Grund auf, in der Regel Schicht für Schicht. Es ist ein immer beliebter werdendes Herstellungsverfahren. Aber um erfolgreich zu sein, bedarf es einer sorgfältigen Charakterisierung der Rohstoffe für die Komponenten wie Metallpulver und Polymerpulver. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, bietet Malvern Panalytical Charakterisierungslösungen an, die viele der wichtigsten AF-Verfahren und verwendeten Materialien abdecken, darunter:


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Warum ist die Materialcharakterisierung so wichtig?

Die Eigenschaften eines additiv hergestellten Bauteils sind stark von seiner zugrunde liegenden Mikrostruktur abhängig. Diese wiederum hängt von den Eigenschaften der verwendeten Rohstoffe (Metalle, Polymere) und den Prozessbedingungen ab. Bei festen Prozessen ist die größte Quelle für Schwankungen das Material. Inkonsistente Materialeigenschaften führen zu inkonsistenten Fertigteileigenschaften. Um additive Fertigungskomponenten in gleichbleibender Qualität herzustellen, ist es daher entscheidend, dass Hersteller die Eigenschaften.  ihrer Metallpulver, Polymerpulver oder anderen Materialien wie Keramik und Polymerharz verstehen und diese optimieren können.

Welche Eigenschaften sind wichtig?

Dies hängt vom eingesetzten additiven Fertigungsprozess und der Art der verwendeten Materialien ab. So sind beispielsweise bei Metallpulverbettprozessen wie Binder Jetting und Pulverbettfusion Partikelgröße und -form entscheidend, da sie den Pulverfluss und die Packung beeinflussen. Auch die chemische Analyse ist bei diesen Prozessen sehr wichtig – insbesondere bei Metallpulvern, da das Pulver der Legierungszusammensetzung den Spezifikationen des Materials entsprechen muss, was die Eigenschaften des Fertigteils beeinflussen kann. 

Eine weitere wichtige Eigenschaft bei Metallen ist die kristallographische Struktur, da die in bestimmten AF-Prozessen verwendeten schnellen Heiz- und Kühlzyklen Phasenänderungen auslösen und Eigenspannungen erzeugen können, die dann mechanische Eigenschaften wie die Ermüdungslebensdauer beeinflussen können. Schließlich kann die Polymerstruktur (Verzweigung, Kristallinität) bei Polymermaterialien, die in mehreren additiven Herstellungsverfahren verwendet werden, sowohl die flüssigen als auch die festen Eigenschaften beeinflussen, einschließlich Viskosität, Elastizitätsmodul und thermische Eigenschaften. 

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Welche Lösungen bietet Malvern Panalytical an?

Um Unternehmen bei der additiven Fertigung bei der Materialcharakterisierung zu unterstützen, bieten wir verschiedene Analysetechniken an. Für die Analyse von Partikelgröße und Partikelform bieten wir die Mastersizer 3000- und Morphologi 4-Geräte an. Dies sind Tischgeräte mit hohem Automatisierungsgrad. Der Mastersizer 3000 misst mithilfe der Laserdiffraktion die Partikelgrößenverteilung. Dieses Verfahren kann auch online mit unserem Insitec-Instrument durchgeführt werden. Zur Analyse der Partikelform verwendet das Morphologi 4-Bildgebungssystem eine Digitalkamera, um qualitativ hochwertige 2D-Bilder von dispergierten Partikeln zu erfassen und partikelspezifische Größen- und Forminformationen zu liefern.

Für die Elementaranalyse bieten wir Röntgenfluoreszenz (RFA)-Lösungen an, die je nach Anwendungsanforderung in Stand- (Zetium) und Tischvarianten (Epsilon) erhältlich sind. Zur Unterstützung der strukturellen und kristallographischen Analyse ist die Röntgendiffraktion (XRD) unsere vorrangige Lösung, die wir als Stand- (Empyrean) sowie als Tischsysteme (Aeris) anbieten. Für die Bestimmung des Molekulargewichts und der Struktur von polymeren Materialien ist schließlich Omnisec mit Gelpermeationschromatographie unsere Hauptlösung.

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