Was ist 3D-Druck?
Der 3D-Druck, auch als additive Fertigung bezeichnet, ist ein Verfahren, mit dem ein dreidimensionaler fester Gegenstand beliebiger Form anhand eines digitalen Modells schnell hergestellt werden kann. Das Wesen des 3D-Drucks besteht darin, eine digitale Modelldatei zu erzeugen, indem eine Reihe digitaler Scheiben eines bestimmten Bearbeitungsstils mit Hilfe einer computergestützten Design-Software bearbeitet werden, und dann spezifische Zusatzstoffe als Bindematerialien in Übereinstimmung mit den Abmessungen der Modellzeichnung zu verwenden, wobei spezielle Formgebungsgeräte, d. h. 3D-Drucker, eingesetzt werden, um feste Metallpulver oder hochverformbare Substanzen in Pulver-, Flüssig- oder Filamentform herzustellen. Schichtweise Verarbeitung, Stapelformung, so dass das Rohmaterial schmilzt und diese dünnen Schichten Schicht für Schicht zunehmen, um schließlich ein echtes, dreidimensionales, festes Objekt zu drucken.
Die 3D-Druckmaterialien
Die weltweit führenden Experten in der 3D-Druckindustrie definieren Metallpulver für den 3D-Druck als eine Gruppe von Metallpartikeln mit einer Größe von weniger als 1 mm. Dazu gehören einzelne Metallpulver, Legierungspulver und bestimmte feuerfeste Pulverlegierungen mit metallischen Eigenschaften, Bronzelegierungen, Industriestähle, Edelstähle, Titanlegierungen und Nickel-Aluminium-Legierungen. Metallpulver für den 3D-Druck müssen jedoch nicht nur eine gute Plastizität aufweisen, sondern auch die Anforderungen an eine feine Partikelgröße, eine enge Partikelgrößenverteilung, eine hohe Sphärizität, eine gute Fließfähigkeit und eine hohe Schüttdichte erfüllen.
Der Einfluss von Form, Größe und Verteilung der Metallpulverpartikel auf das fertige 3D-Druckprodukt
Bei der Aufbereitung von Metallpulver nehmen die Pulverpartikel je nach Aufbereitungsverfahren unterschiedliche Formen an, z. B. kugelförmig, subkugelförmig, polygonal, porös-schwammig, dendritisch usw. Die Partikelform des Pulvers wirkt sich direkt auf die Fließfähigkeit und die Schüttdichte des Pulvers aus, was wiederum Auswirkungen auf die Eigenschaften der hergestellten Metallteile hat.
Kugelförmige oder nahezu kugelförmige Pulver haben eine gute Fließfähigkeit, verstopfen das Pulverzufuhrsystem während des Drucks nicht so leicht und lassen sich in dünnen Schichten auftragen, wodurch sich die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität von 3D-Druckteilen sowie die Dichte und Gewebegleichmäßigkeit der Teile verbessern, was sie zum bevorzugten Rohstoffformtyp für den 3D-Druck macht. Es ist jedoch zu beachten, dass kugelförmige Pulver eine geringe Partikelpackungsdichte und große Hohlräume aufweisen, wodurch die Teile weniger dicht sind, was auch die Formqualität beeinträchtigt.
Je kleiner die Partikelgröße des Metallpulvers ist, desto eher wird ein reibungsloses Sintern ermöglicht, denn je kleiner die Partikelgröße ist, desto größer ist die spezifische Oberfläche und desto größer ist die treibende Kraft des Sinterns. Außerdem sind die Hohlräume zwischen den feinen Pulverteilchen klein, und die Verbindung zwischen benachbarten Pulverschichten ist dicht, was zur Verbesserung der Sinterverdichtung und Sinterfestigkeit beiträgt. Kleine Metallpulverpartikel können auch die Hohlräume großer Partikel ausfüllen, was die Stapeldichte des Pulvers verbessert und so zur Verbesserung der Oberflächenqualität und Festigkeit der gedruckten Metallteile beiträgt. Je feiner die Partikel sind, desto besser, denn wenn zu viele feine Partikel vorhanden sind, kann es beim Sintern leicht zu einem Sphäroidisierungsphänomen kommen, das zu einer ungleichmäßigen Dicke des Pulvers führt. Die so genannte “Sphäroidisierung” Phänomen, das heißt, um das geschmolzene Metall flüssige Oberfläche und die umgebenden Medien Oberfläche des Systems mit dem Minimum an freier Energie, unter der Wirkung der Oberflächenspannung, die Form des Metalls flüssige Oberfläche auf die sphäroid Oberfläche Umwandlung eines Phänomens. Sphäroidisierung” verhindert in der Regel, dass das Metallpulver nach dem Schmelzen zu einem kontinuierlichen, glatten Pool erstarrt, wodurch ein loses und poröses Teil entsteht, was zum Scheitern der Formgebung führt.