Charakterisierung der Partikelgröße und -form von Metallpulvern für das Additive Layer Manufacturing

Additive Layer Manufacturing von Metallbauteilen ist meiner Meinung nach eine unglaubliche ingenieurtechnische Leistung. Mithilfe hochpräziser Elektronenstrahlen oder Laser, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, wird Metall selektiv Schicht für Schicht mit einer Dicke von nur 10ern von Mikrometern aufgeschmolzen. Diese Technik ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit neuartigen Funktionen und verwendet dabei deutlich weniger Material als herkömmliche Verfahren wie die subtraktive Fertigung. Sie hat jedoch auch ihre Tücken; nicht zuletzt der Überschuss an ungenutztem Material aus Powder Bed Fusion-Verfahren.

Kommerzielle Rahmenbedingungen

Bei etwa 200-300 £ pro Kilo sind hochwertige Legierungspulver teuer und machen schätzungsweise bis zu 1/3^rd der gesamten Baukosten aus. Um also das kommerzielle Potenzial von Powder Bed Fusion-Verfahren auszuschöpfen, muss das Pulver so weit wie möglich recycelt werden. Allerdings besteht das Risiko, dass sich durch die kontinuierliche Wiederverwendung des Pulvers die Bauteilqualität verschlechtert, was zu potenziellen Fehlern im gefertigten Teil und zu einem Risiko vorzeitigen Versagens führt – ein weiterer unerwünschter Kostenfaktor, aber auch ein erhebliches Sicherheitsrisiko je nach Endanwendung.

Obwohl es keinen Standardansatz gibt, um festzustellen, ob ein Pulver zur Wiederverwendung geeignet ist, stehen eine Reihe analytischer Techniken zur Verfügung, mit denen sich die Pulverqualität bewerten lässt – und dabei kann Malvern Panalytical helfen.

Packungs- und Fließeigenschaften

Beim Powder Bed Fusion werden aufeinanderfolgende Pulverschichten auf der Bauplattform verteilt, um ein Pulverbett zu bilden, das dann an bestimmten Stellen aufgeschmolzen wird, um eine einzelne Ebene der 3D-Struktur zu erzeugen. Daraus folgt, dass jegliche Inhomogenitäten im Pulverbett zu Inhomogenitäten im Endbauteil führen würden. Praktisch gesehen sollte die Packungsdichte des Pulvers hoch genug sein, um die erforderliche Metallmasse an die zu verschmelzende Schicht zu liefern und unerwünschte Porosität zu vermeiden. Außerdem muss sich das Metallpulver 1000e Male gleichmäßig und konsistent über die Bauplattform verteilen, um ein homogenes Bauteil zu gewährleisten. Diese beiden Eigenschaften, Packungsdichte und Pulverfluss, werden durch Partikelgröße und -form bestimmt, die mittels Laserbeugung und automatisierter Bildgebung gemessen werden können. Mehr dazu erfahren Sie in unserem Whitepaper.

Unsere neueste Applikationsschrift, Characterizing the particle size and shape of metal powders for additive layer manufacturing, erläutert, wie das Morphologi 4 Automated Imaging System verwendet werden kann, um morphologische Unterschiede von Metallpulvern infolge des Recyclings zu untersuchen, und wie wir Proben anhand ihrer Form klassifizieren und vergleichen können, wie unten dargestellt.

Dies zeigt, wie sich Partikeleigenschaften während des Recyclings verändern und wie sich Automated Imaging zur Optimierung des Zerstäubungsprozesses einsetzen lässt. Wall Colmonoy zum Beispiel nutzt Morphologi 4, um die aktuellen Prozesse und Produkte zu benchmarken und zu verbessern.

Sehen Sie das Gerät in Aktion:

Strukturelle Integrität und elementare Zusammensetzung

Durch die Kontrolle der Partikelmorphologie können wir also dazu beitragen, dass die richtige Materialmenge vom Vorratstrichter auf die Bauplatte gelangt und dass wir ein dichtes Pulverbett mit minimalem Hohlraumanteil bilden. Wir müssen aber auch sicherstellen, dass das verwendete Metall oder die verwendeten Legierungen die korrekte elementare Zusammensetzung aufweisen und dass das gefertigte Bauteil die geeignete Mikrostruktur mit wenig oder keinem Eigenspannungszustand besitzt. Die Röntgenfluoreszenz- (XRF) und Röntgendiffraktionslösungen (XRD) von Malvern Panalytical werden häufig für diesen Zweck eingesetzt, und Sie erfahren mehr in unserem Webinar über den Einsatz von Röntgenstrahlen, um in Ihre pulverförmigen Metallmaterialien und -prozesse hineinzusehen.

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