Der 3D-Druck entwickelt sich zu einer immer häufiger industriell eingesetzten Variante der Fertigung. Viele 3D-Druck-Verfahren basieren auf pulverförmigem Material. Dessen Fließfähigkeit hat Einfluss auf die Qualität der späteren Bauteile, auf die Dichte ebenso wie auf deren Sicherheit. Ob die additive Fertigung zu reproduzierbaren Ergebnissen führt, hängt ebenfalls vom Pulver ab.
Bisher allerdings fehlte eine einheitliche Definition der Fließfähigkeit von Pulvern. Dementsprechend sind viele Methoden im Einsatz, deren Ergebnisse jedoch nur schwer miteinander vergleichbar sind. Für die Qualitätskontrolle und den Wissenstransfer zwischen den Verarbeitungstechnologien in der additiven Fertigung ist das ebenso ein Problem wie für die schon erwähnten Eigenschaften der Bauteile.
Fließfähigkeitsindex für Pulver im 3D-Druck
Ein neues quantitatives statistisches Verfahren, das es ermöglicht, zuverlässig zwischen der Fließfähigkeit scheinbar ähnlicher Pulver zu unterscheiden, haben Wissenschaftler der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der TU Berlin-vorgestellt. Sie haben einen Fließfähigkeitsindex definiert, der mit dem Prozessverhalten korreliert. So lässt sich die Dichte von Pulverbetten vor der Verarbeitung bewerten. Das hilft Materialwissenschaftlern und Verfahrenstechnikern, dichte, reproduzierbare und sichere Bauteile herzustellen.
Anhand der Ergebnisse können Charakterisierung und Screening von Pulvern für die additive Fertigung vereinheitlicht werden, was für Forschung und Industrie von Vorteil ist. Gleichzeitig ebnen sie den Weg zu übertragbaren Standards für entsprechende Fertigungsverfahren.
Was sind Pulver und warum ist das für den 3D-Druck wichtig?
Pulver sind eine einzigartige Form von Material. Tatsächlich kann man Pulver als einen anderen Zustand der Materie betrachten. Komprimieren ist möglich, wie bei einem Gas – allerdings nicht so stark. Sobald Pulver verdichtet sind, verhalten sie sich wie ein Feststoff. Gleichzeitig können Pulver jedoch auch unter den richtigen Bedingungen wie eine Flüssigkeit fließen. Diese Eigenschaften sind für additive Fertigungstechnologien wie das Pulverbettschmelzen und das Binderstrahlen von Bedeutung: Hier wird schichtweise ein Pulver aufgetragen, um ein so genanntes „Pulverbett“ zu bilden. In dieses Pulverbett wird das endgültige gedruckte Teil eingebettet.
Die Qualität des Pulverbettes, insbesondere seine Packungsdichte, wird durch die Fließfähigkeit des Pulvers bestimmt. Dieses Verhalten wird gemeinhin als „Fließfähigkeit“ des Pulvers bezeichnet.
Beteiligt an den Arbeiten waren ein Team um Andrea Zocca und Jens Günster vom Fachbereich Multimateriale Fertigungsprozesse der Abteilung Werkstofftechnik der BAM sowie Mitarbeiter des Fachgebiets Keramische Werkstoffe der TU Berlin.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Andrea Zocca, BAM
E-Mail:andrea.zocca@bam.de
www.bam.de
