Partikelgrößenbestimmung von Metallpulver zur additiven Fertigung
Vorteil eines additiven Fertigungsprozesses ist die schnelle Fertigung von Prototypen (rapid prototyping), von Endprodukten (rapid manufacturing) sowie von Werkzeugen und Formen (rapid tooling). Oder kurz, man kann schneller und flexibler fertigen. Für den additiven Fertigungsprozess kommen Metallpulver unterschiedlichster Zusammensetzung zum Einsatz. Zur Pulverherstellung werden die Rohstoffe zunächst in einem Ofen verflüssigt und anschließend einer Gasverdüsungsanlage zugeführt. Die so entstehenden Partikel sind sphärisch geformt und zeigen ein ausgezeichnetes Fließverhalten. Das Rohpulver wird im Anschluss gesiebt, um zu große und zu kleine Partikel auszusortieren.
Die Partikelgrößenverteilung ist eine der wichtigsten Kenngrößen, um die Qualität eines Metallpulvers zu bestimmen. Die Partikelgrößenverteilung hat nicht nur direkten Einfluss auf die Fließfähigkeit des Pulvers, sondern auch auf die Fähigkeit, eine gleichmäßige Pulverbettdichte zu erreichen. Ein möglichst homogenes Pulverbett ist entscheidend, da es einen direkten Einfluss auf den benötigten Energieeintrag zum Sintern oder Binden der Partikel hat und die Oberflächenbeschaffenheit des hergestellten Produkts oder Bauteils beeinflusst. Die Laserbeugung ist eine der gängigsten Methoden zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung. Die Partikelgrößen der Pulver liegen üblicherweise zwischen 10µm und 100µm.
Insbesondere für die Messung der Partikel-größenverteilung eines Metallpulvers mit einem Laser-beuger ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Partikel die Messzelle auch erreichen. Häufig wird das Metallpulver mit einem Tensid versetzt und in Wasser suspendiert. Diese Suspension wird über eine Pumpe der Messzelle zugeführt. Aufgrund der hohen Dichte der Metallpulver muss der Pumpmechanismus äußerst effizient sein, da sonst die Gefahr besteht, dass die größeren (schweren) Bestandteile des Metallpulvers in Zuleitungen zur Zelle sedimentieren. Diese Bestandteile werden durch die Messung nicht mehr erfasst. Im Ergebnis zeigt die Partikelgrößenverteilung etwas kleinere Partikelgrößen.
Messungen
Im Falle der vorliegenden Messungen wurden die Metallpulver mit dem Standardsampler MS-23 vermessen. Der Pumpmechanismus des Samplers ist in der Lage Partikel einer Dichte von 7,8 g/cm³ bei einer Größe bis zu 2,5 mm zu pumpen. Der Sampler ist damit in der Lage auch schwerste Pulver verlässlich zu messen.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Großteil der Partikel beider Proben eine Größe von ca. 45µm hat. Darüber hinaus lässt sich deutlich erkennen, dass die zweite Probe einen viel höheren Feinanteil aufzeigt (Partikel <10µm).
Empfohlenes Gerät / Ausstattung
SALD-2300 mit BC-23
| Probename | Modal D (μm) | Median D (μm) | Mean Value D (μm) | Korngrößen Bereich (1% - 99% - D (µm)) |
|---|---|---|---|---|
| Metallpulver A | 49,280 | 46,431 | 44,907 | 7,504 - 159,800 |
| Metallpulver A | 49,280 | 45,950 | 44,416 | 7,530 - 157,747 |
| Metallpulver A | 49,280 | 45,318 | 43,693 | 7,131 - 157,840 |
| Probename | Modal D (µm) | Median D (µm) | Mean Value D (µm) | Korngrößen Bereich (1% - 99% - D (µm)) |
|---|---|---|---|---|
| Metallpulver B | 35,481 | 28,323 | 21,107 | 0,610 - 101,874 |
| Metallpulver B | 44,668 | 35,123 | 28,274 | 0,994 - 129,831 |
| Metallpulver B | 35,481 | 33,166 | 28,803 | 1,488 - 103,272 |