Die additive Fertigung hat die Welt im Sturm erobert, und das Pulver für die PBF-Technik ist ein wichtiger Akteur in dieser Revolution. Dieser Artikel taucht tief in die Welt der Metallpulver ein, die in der PBF verwendet werden, und untersucht ihre Arten, Zusammensetzungen, Eigenschaften, Anwendungen und vieles mehr. Ob Sie nun ein erfahrener Profi oder ein neugieriger Anfänger sind, dieser umfassende Leitfaden wird Ihnen wertvolle Einblicke und praktisches Wissen vermitteln.
Überblick über Pulver für das PBF-Verfahren
Pulverbettschmelzen (Powder Bed Fusion, PBF) ist eine Kategorie der additiven Fertigung, die verschiedene Technologien wie selektives Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM) umfasst. Bei der PBF werden Schichten aus pulverförmigem Material verschmolzen, um komplexe und präzise Teile herzustellen. Die Wahl des Metallpulvers ist von entscheidender Bedeutung, da sie sich direkt auf die Qualität, Festigkeit und Leistung des Endprodukts auswirkt.
Pulvertypen für die PBF-Technik
Um die Landschaft der Metallpulver, die in PBF verwendet werden, besser zu verstehen, wollen wir uns mit den einzelnen Modellen und ihren detaillierten Beschreibungen befassen.
| Metall-Pulver | Zusammensetzung | Eigenschaften | Anwendungen |
|---|---|---|---|
| ti-6al-4v | Titanlegierung (90% Ti, 6% Al, 4% V) | Hohe Festigkeit, geringes Gewicht, korrosionsbeständig | Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate, Automobilindustrie |
| 316L-Edelstahl | Eisenlegierung (16-18% Cr, 10-14% Ni, 2-3% Mo) | Korrosionsbeständig, gute mechanische Eigenschaften | Medizinische Geräte, Ausrüstung für die Lebensmittelverarbeitung |
| AlSi10Mg | Aluminiumlegierung (90% Al, 10% Si, 0,3-0,5% Mg) | Leichtes Gewicht, gute thermische Eigenschaften | Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Konsumgüter |
| Inconel 718 | Nickellegierung (50-55% Ni, 17-21% Cr, 4,75-5,5% Nb) | Hohe Temperaturbeständigkeit, gute Schweißbarkeit | Luft- und Raumfahrt, Energie, Automobil |
| Martensitaushärtender Stahl 1.2709 | Eisenlegierung (18% Ni, 9% Co, 5% Mo, 0,2% Ti) | Hohe Festigkeit, Härte und Zähigkeit | Werkzeugbau, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie |
| CoCrMo | Kobaltlegierung (60% Co, 27-30% Cr, 5-7% Mo) | Abriebfest, biokompatibel | Medizinische Implantate, zahnmedizinische Anwendungen |
| Kupfer C18150 | Kupferlegierung (99,85% Cu, 0,15% Zr) | Hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit | Elektrische Komponenten, Wärmemanagement |
| AlSi12 | Aluminiumlegierung (87-89% Al, 10-12% Si) | Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, gute Gießeigenschaften | Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt |
| Hastelloy X | Nickellegierung (47-50% Ni, 20-23% Cr, 8-10% Mo) | Oxidations- und korrosionsbeständig bei hohen Temperaturen | Luft- und Raumfahrt, chemische Verarbeitung |
| Werkzeugstahl H13 | Eisenlegierung (0,4% C, 5% Cr, 1,3% Mo, 1% V) | Hohe Verschleißfestigkeit, thermische Stabilität | Werkzeuge, Gussformen, Matrizen |
Zusammensetzung der Pulver für das PBF-Verfahren
Um das richtige Material für Ihr Projekt auszuwählen, ist es wichtig, die Zusammensetzung dieser Metallpulver zu kennen. Die einzigartige Mischung der Elemente eines jeden Pulvers verleiht ihm spezifische Eigenschaften, die es für verschiedene Anwendungen geeignet machen.
| Metall-Pulver | Main Elements | Sekundäre Elemente | Verunreinigungen |
|---|---|---|---|
| ti-6al-4v | Titan, Aluminium, Vanadium | Eisen, Sauerstoff | Kohlenstoff, Stickstoff |
| 316L-Edelstahl | Eisen, Chrom, Nickel | Molybdän, Mangan, Silizium | Phosphor, Schwefel |
| AlSi10Mg | Aluminium, Silizium, Magnesium | Eisen, Kupfer | Titan, Zink |
| Inconel 718 | Nickel, Chrom, Niobium | Molybdän, Titan, Aluminium | Kohlenstoff, Kobalt |
| Martensitaushärtender Stahl 1.2709 | Eisen, Nickel, Kobalt, Molybdän | Titan, Aluminium | Kohlenstoff, Silizium |
| CoCrMo | Kobalt, Chrom, Molybdän | Nickel, Eisen | Mangan, Silizium |
| Kupfer C18150 | Kupfer, Zirkonium | – | Eisen, Blei |
| AlSi12 | Aluminium, Silizium | Eisen, Kupfer | Mangan, Zink |
| Hastelloy X | Nickel, Chrom, Molybdän | Eisen, Kobalt | Mangan, Silizium |
| Werkzeugstahl H13 | Eisen, Chrom, Molybdän, Vanadium | Kohlenstoff, Silizium, Mangan | Phosphor, Schwefel |
Merkmale von Pulver für das PBF-Verfahren
Jede Art von Metallpulver, die in PBF verwendet wird, hat bestimmte Eigenschaften, die sie für bestimmte Anwendungen geeignet machen. Im Folgenden werden diese Eigenschaften im Detail untersucht.
| Metall-Pulver | Dichte (g/cm³) | Schmelzpunkt (°C) | Zugfestigkeit (MPa) | Dehnung (%) | Härte (HV) |
|---|---|---|---|---|---|
| ti-6al-4v | 4.43 | 1660 | 900-1100 | 10-15 | 330 |
| 316L-Edelstahl | 7.99 | 1375-1400 | 480-620 | 30-40 | 200 |
| AlSi10Mg | 2.68 | 570-580 | 300-350 | 5-10 | 120 |
| Inconel 718 | 8.19 | 1260-1336 | 965-1241 | 10-20 | 330 |
| Martensitaushärtender Stahl 1.2709 | 8.0 | 1413 | 2000-2500 | 5-10 | 500 |
| CoCrMo | 8.29 | 1330-1390 | 900-1300 | 10-20 | 500 |
| Kupfer C18150 | 8.96 | 1083 | 350-410 | 20-30 | 110 |
| AlSi12 | 2.68 | 570-580 | 200-300 | 5-10 | 80 |
| Hastelloy X | 8.22 | 1260-1350 | 700-1000 | 30-40 | 200 |
| Werkzeugstahl H13 | 7.80 | 1425-1530 | 1000-1200 | 10-15 | 600 |
Anwendungen des Pulvers für die PBF-Technik
Metallpulver für PBF haben vielfältige Anwendungen in verschiedenen Branchen. Hier ein genauerer Blick darauf, wo sich die einzelnen Pulverarten auszeichnen.
| Metall-Pulver | Industrie | Spezifische Anwendungen |
|---|---|---|
| ti-6al-4v | Luft- und Raumfahrt, Medizin | Luftfahrzeugteile, Implantate |
| 316L-Edelstahl | Medizinisch, Lebensmittel | Chirurgische Instrumente, Ausrüstung für die Lebensmittelverarbeitung |
| AlSi10Mg | Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt | Leichte Teile, Prototypen |
| Inconel 718 | Luft- und Raumfahrt, Energie | Turbinenschaufeln, Raketentriebwerke |
| Martensitaushärtender Stahl 1.2709 | Werkzeugbau, Luft- und Raumfahrt | Hochfeste Werkzeuge, Strukturkomponenten |
| CoCrMo | Medizinisch, zahnmedizinisch | Gelenkersatz, Zahnprothetik |
| Kupfer C18150 | Elektrisch, thermisch | Elektrische Steckverbinder, Wärmetauscher |
| AlSi12 | Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt | Motorteile, Halterungen |
| Hastelloy X | Luft- und Raumfahrt, Chemie | Brennkammern, chemische Reaktoren |
| Werkzeugstahl H13 | Werkzeugbau, Formenbau | Spritzgussformen, Druckgussformen |
Noten von Pulver für das PBF-Verfahren
Verschiedene Sorten von Metallpulvern gewährleisten, dass für bestimmte Anwendungen das richtige Material gewählt wird. Hier sind einige der verfügbaren Qualitäten für häufig verwendete Pulver.
| Metall-Pulver | Klassen | Beschreibung |
|---|---|---|
| ti-6al-4v | Klasse 5, Klasse 23 | Standard- und extra-niedrige interstitielle Versionen |
| 316L-Edelstahl | 316L, 316LVM | Kohlenstoffarme und vakuumgeschmolzene Versionen |
| AlSi10Mg | Standard | Gebräuchliche Sorte |
| Inconel 718 | AMS 5662, AMS 5663 | Luft- und Raumfahrt und Hochtemperatursorten |
| Martensitaushärtender Stahl 1.2709 | Standard | Gebräuchliche Sorte |
| CoCrMo | F75, F1537 | Medizinische Implantatsorten |
| Kupfer C18150 | Standard | Gebräuchliche Sorte |
| AlSi12 | Standard | Gebräuchliche Sorte |
| Hastelloy X | AMS 5754, UNS N06002 | Hochtemperatur- und korrosionsbeständige Sorten |
| Werkzeugstahl H13 | Standard, H13 ESR | Übliche und elektroschlackeveredelte Versionen |
Spezifikationen, Größen und Normen
Für jede Art von Metallpulver gibt es spezifische Normen und Größen, die den Anforderungen der Industrie entsprechen.
| Metall-Pulver | Partikelgröße (µm) | Normen | Anbieter | Preis (pro kg) |
|---|---|---|---|---|
| ti-6al-4v | 15-45 | ASTM B348, ASTM F2924 | EOS, Arcam, AP&C | $300 – $500 |
| 316L-Edelstahl | 15-45 | ASTM A276, ASTM F138 | GKN, Sandvik, Carpenter | $100 – $150 |
| AlSi10Mg | 20-63 | DIN EN 1706, ASTM B361 | SLM-Lösungen, EOS | $80 – $120 |
| Inconel 718 | 15-45 | AMS 5662, AMS 5663 | Praxair, Sandvik, LPW | $150 – $250 |
| Martensitaushärtender Stahl 1.2709 | 15-45 | AMS 6512 | Schreiner, Sandvik | $200 – $300 |
| CoCrMo | 20-63 | ASTM F75, ASTM F1537 | Schreiner, EOS | $200 – $400 |
| Kupfer C18150 | 15-45 | ASTM B124, ASTM B152 | Sandvik, Schreiner | $50 – $100 |
| AlSi12 | 20-63 | DIN EN 1706 | EOS, SLM-Lösungen | $70 – $110 |
| Hastelloy X | 15-45 | AMS 5754, UNS N06002 | Praxair, Sandvik | $200 – $300 |
| Werkzeugstahl H13 | 20-63 | ASTM A681 | Schreiner, Sandvik | $100 – $200 |
Vor- und Nachteile des Pulvers für die PBF-Technik
Bei der Wahl des richtigen Metallpulvers ist es wichtig, die Vor- und Nachteile der einzelnen Optionen abzuwägen.
| Metall-Pulver | Profis | Nachteile |
|---|---|---|
| ti-6al-4v | Hohe Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht, korrosionsbeständig | Teuer, schwierig zu verarbeiten |
| 316L-Edelstahl | Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, biokompatibel | Geringere Festigkeit im Vergleich zu einigen Legierungen |
| AlSi10Mg | Leichtes Gewicht, gute Wärmeleitfähigkeit | Geringere Festigkeit und Härte |
| Inconel 718 | Hohe Temperaturbeständigkeit, gute Schweißbarkeit | Teuer, schwierig zu bearbeiten |
| Martensitaushärtender Stahl 1.2709 | Extrem hohe Festigkeit, gute Bearbeitbarkeit | Teuer, erfordert Wärmebehandlung |
| CoCrMo | Hohe Verschleißfestigkeit, biokompatibel | Teuer, schwierig zu verarbeiten |
| Kupfer C18150 | Ausgezeichnete thermische und elektrische Leitfähigkeit | Weich, anfällig für Abnutzung |
| AlSi12 | Gute Gießeigenschaften, leicht | Geringere Festigkeit und Härte |
| Hastelloy X | Ausgezeichnete Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit | Teuer, schwierig zu bearbeiten |
| Werkzeugstahl H13 | Hohe Verschleißfestigkeit, thermische Stabilität | Teuer, erfordert Wärmebehandlung |
Die Wahl des richtigen Pulvers für PBF
Bei der Auswahl des richtigen Pulvers müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, darunter Materialeigenschaften, Anwendungsanforderungen und Kosten. Der folgende Vergleich soll Ihnen die Entscheidung erleichtern.
| Faktor | ti-6al-4v | 316L-Edelstahl | AlSi10Mg | Inconel 718 | Martensitaushärtender Stahl 1.2709 | CoCrMo | Kupfer C18150 | AlSi12 | Hastelloy X | Werkzeugstahl H13 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Stärke | Hoch | Mittel | Mittel | Hoch | Sehr hoch | Hoch | Mittel | Mittel | Hoch | Hoch |
| Gewicht | Niedrig | Mittel | Niedrig | Mittel | Mittel | Hoch | Hoch | Niedrig | Hoch | Mittel |
| Korrosionsbeständigkeit | Hoch | Sehr hoch | Mittel | Hoch | Mittel | Sehr hoch | Niedrig | Mittel | Sehr hoch | Mittel |
| Wärmeleitfähigkeit | Mittel | Niedrig | Hoch | Mittel | Niedrig | Niedrig | Sehr hoch | Hoch | Mittel | Niedrig |
| Kosten | Hoch | Mittel | Niedrig | Hoch | Hoch | Hoch | Niedrig | Niedrig | Hoch | Mittel |
FAQs
| Frage | Antwort |
|---|---|
| Was ist PBF in der additiven Fertigung? | PBF (Powder Bed Fusion) ist eine Art der additiven Fertigung, bei der eine Wärmequelle, z. B. ein Laser- oder Elektronenstrahl, pulverförmiges Material Schicht für Schicht verschmilzt, um ein 3D-Objekt herzustellen. |
| Was sind die wichtigsten Arten von PBF? | Die wichtigsten Arten von PBF sind das selektive Laserschmelzen (SLM) und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM). Beim SLM wird ein Laser als Wärmequelle verwendet, während beim EBM ein Elektronenstrahl zum Einsatz kommt. |
| Warum ist die Wahl des Pulvers so wichtig? | Die Wahl des Pulvers beeinflusst die mechanischen Eigenschaften, die Oberflächenbeschaffenheit und die Gesamtqualität des gedruckten Teils. Verschiedene Pulver bieten unterschiedliche Festigkeitswerte, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften, die für bestimmte Anwendungen entscheidend sind. |
| Wie wird die Qualität des Pulvers kontrolliert? | Die Qualität von Pulvern wird anhand verschiedener Kriterien wie Partikelgrößenverteilung, chemische Zusammensetzung und Reinheit kontrolliert. Die Hersteller verwenden Normen wie ASTM und ISO, um die Konsistenz und Zuverlässigkeit ihrer Pulver zu gewährleisten. |
| Können verschiedene Pulver gemischt werden? | Im Allgemeinen wird das Mischen verschiedener Pulver nicht empfohlen, da es zu uneinheitlichen Eigenschaften und schlechter Teilequalität führen kann. In einigen Forschungs- und Versuchsaufbauten können jedoch maßgeschneiderte Mischungen verwendet werden, um bestimmte Eigenschaften zu erzielen. |
| Was sind die üblichen Herausforderungen bei PBF? | Zu den allgemeinen Herausforderungen gehören das Pulverrecycling, die Kontrolle der Porosität, das Erreichen einer gleichmäßigen Schichtverbindung und das Management von Eigenspannungen. Um diese Herausforderungen zu meistern, sind fortschrittliche Techniken und eine sorgfältige Prozesskontrolle unerlässlich. |
| Wie wird das Pulver in PBF recycelt? | Unbenutztes Pulver kann gesammelt und bei späteren Bauvorhaben wiederverwendet werden, muss aber sorgfältig gesiebt und geprüft werden, um sicherzustellen, dass es den Qualitätsstandards entspricht. Im Laufe der Zeit kann sich recyceltes Pulver abbauen, so dass frisches Pulver beigemischt werden muss, um die Qualität zu erhalten. |
| Was sind die Auswirkungen auf die Umwelt? | PBF-Techniken können aufgrund des geringeren Materialabfalls und der Möglichkeit, Pulver zu recyceln, nachhaltiger sein als herkömmliche Herstellungsverfahren. Allerdings können der Energieverbrauch der Maschinen und der Bedarf an Inertgasumgebungen (in einigen Fällen) Auswirkungen auf die Umwelt haben, die es zu bewältigen gilt. |
| Welche Branchen profitieren am meisten von PBF? | Die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik und die Automobilindustrie profitieren in hohem Maße von PBF, da sie in der Lage sind, komplexe, hochfeste und leichte Teile zu produzieren, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur schwer oder gar nicht hergestellt werden können. |
| Wie wähle ich das richtige Pulver für mein Projekt? | Berücksichtigen Sie die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung, wie mechanische Eigenschaften, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kosten. Prüfen Sie die Materialdatenblätter und wenden Sie sich an Pulverhersteller oder Experten, um eine fundierte Entscheidung zu treffen. |
Schlussfolgerung
Sich in der Welt der Metallpulver für das PBF-Verfahren zurechtzufinden, kann komplex sein, aber es ist wichtig, die Arten, Zusammensetzungen, Eigenschaften und Anwendungen dieser Pulver zu verstehen. Wenn Sie die Vor- und Nachteile abwägen und die spezifischen Anforderungen Ihres Projekts berücksichtigen, können Sie eine fundierte Entscheidung treffen, die den Erfolg Ihrer additiven Fertigungsbemühungen gewährleistet. Mit den kontinuierlichen Fortschritten in der PBF-Technologie und der Entwicklung von Metallpulvern ist die Zukunft der Fertigung zweifelsohne rosig.