Die 3D-Drucktechnologie basiert auf pulverförmigem Material, um Objekte Schicht für Schicht aufzubauen. Die Auswahl des richtigen Pulvers ist entscheidend für die Qualität der Teile, die mechanischen Eigenschaften, die Genauigkeit, die Detailauflösung und die Oberflächengüte. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die verschiedenen Arten von Pulvern, die in den wichtigsten 3D-Druckverfahren verwendet werden, sowie über ihre Zusammensetzung, Schlüsseleigenschaften, Anwendungen und führenden globalen Anbieter.
Überblick über 3d drucker pulver lieferanten
Beim 3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigung, werden pulverförmige Polymere, Metalle, Keramiken oder Verbundstoffe als Ausgangsmaterial verwendet. Je nach Technologie und verwendeten Materialien können Pulver mit spezifischen Partikelgrößenverteilungen, Morphologien, Fließeigenschaften, Schmelzpunkten und anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften hergestellt werden, die auf den Druckprozess zugeschnitten sind.
Arten von 3D-Drucker-Pulvern
Mehrere Schlüsseltechnologien nutzen das Pulverbettschmelzen, um Material selektiv zu schmelzen und schichtweise zu verfestigen, um 3D-Objekte herzustellen. Zu den gängigen Verfahren und den dazugehörigen Pulvern gehören:
| Prozess | Materialien |
|---|---|
| Selektives Laser-Sintern (SLS) | Thermoplastische Pulver wie Nylon, TPU, PEEK |
| Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) | Metallpulver wie Aluminium, Titan, Stahllegierungen |
| Elektronenstrahlschmelzen (EBM) | Titanlegierungen, Kobalt-Chrom, rostfreier Stahl |
| Binder Jetting | Rostfreier Stahl, Werkzeugstahl, Wolframkarbid |
| Stereolithographie (SLA) | Keramische suspendierte Photopolymerharze |
Zusammensetzung von Polymerpulvern für SLS
Das selektive Lasersintern beruht auf feinen Polymerpulvern mit kontrollierter Partikelgrößenverteilung und Morphologie. Zu den gängigen Materialien gehören:
| Polymer | Wichtige Eigenschaften | Anwendungen |
|---|---|---|
| Nylon 12 | Zähigkeit, Flexibilität | Funktionsprototypen, Teile für den Endverbrauch |
| Nylon 11 | Hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit, Biokompatibilität | Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik |
| TPU | Elastizität, Abriebfestigkeit | Flexible Teile, Sportartikel |
| PEEK | Extreme Temperatur-/Chemikalienbeständigkeit | Luft- und Raumfahrt, Öl/Gas, Medizin |
Nylon 12 ist das am häufigsten verwendete Polymerpulver für das Lasersintern. Die Zusammensetzung umfasst ein Basis-Nylonpolymer, Fließmittel und andere Zusatzstoffe:
Nylon 12 Pulver-Zusammensetzung
| Komponente | Funktion |
|---|---|
| Basispolymer | Liefert mechanische Eigenschaften, Schmelzverhalten |
| Flussmittel | Verbessert den Pulverfluss und reduziert die Agglomeration |
| Anti-Aging-Zusatzstoffe | Verbesserung der thermischen Stabilität und Vermeidung von Materialverschlechterung im Laufe der Zeit |
Arten von Metallpulvern für AM-Prozesse
Zu den gängigen Metallpulvern, die beim Pulverbettschmelzen und Bindemittelstrahlverfahren verwendet werden, gehören:
| Material | Legierungen/Grade | Eigenschaften | Wichtige Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Aluminium | AlSi10Mg, AlSi7Mg | Leichtes Gewicht, korrosionsbeständig | Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie |
| Titan | Ti-6Al-4V, Ti 6242 | Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht | Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate |
| Rostfreie Stähle | 316L, 17-4PH, 420 | Korrosions-/Wärmebeständigkeit | Pumpen, Ventile, Werkzeuge |
| Werkzeugstähle | H13, P20, D2 | Härte, Verschleißfestigkeit | Spritzgussformen, Gesenke |
| Kobalt Chrom | Co28Cr6Mo | Biokompatibilität, Ermüdungs-/Korrosionsbeständigkeit | Zahnärztlich, medizinisch |
| Inconel | IN625, IN718 | Hohe Temperaturbeständigkeit | Turbinenschaufeln, Raketendüsen |
Titanlegierungen wie Ti-6Al-4V werden in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie und in der Medizintechnik mittels DMLS und EBM in großem Umfang zur Herstellung stabiler und leichter Strukturkomponenten verwendet.
Zusammensetzung und Herstellung von Metallpulvern
Die meisten handelsüblichen Metallpulver werden im Gas- oder Wasserverdüsungsverfahren hergestellt. Die Zusammensetzung umfasst ein Basislegierungselement wie Titan oder Aluminium und andere Legierungsbestandteile:
Ti-6Al-4V Pulver-Zusammensetzung
| Element | Gewicht % | Zweck |
|---|---|---|
| Titan (Ti) | Bilanz | Wichtigstes Element |
| Aluminium (Al) | 5.5-6.75% | Stärkung |
| Vanadium (V) | 3.5-4.5% | Verfeinerung des Korns |
| Eisen (Fe) | < 0,3% | Verunreinigung |
Andere gängige Herstellungsverfahren für Metall-AM-Pulver sind die Plasmazerstäubung, die Elektrolyse und die chemische Reduktion. Diese beeinflussen Pulvereigenschaften wie Partikelform, Größenverteilung, Fließfähigkeit, Schüttdichte und Mikrostruktur.
Keramik- und Verbundwerkstoff-Pulver
Auch Keramiken und Verbundwerkstoffe können mit Hilfe der Pulverbetttechnologie zu Hochleistungsbauteilen verarbeitet werden:
| Material | Eigenschaften | Anwendungen |
|---|---|---|
| Tonerde | Hohe Härte, Temperatur-/Korrosionsbeständigkeit | Schneidwerkzeuge, Verschleißteile |
| Siliziumkarbid | Extreme Härte, Temperaturwechselbeständigkeit | Metallbearbeitung, Schleifmittel |
| PEEK-Polymer | Thermo-mechanische Leistung | Verbundwerkstoffe für die Luft- und Raumfahrt |
| Kontinuierliche Faserverbundwerkstoffe | Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht | Strukurelle Komponenten |
Photohärtbare keramische Harzpulver, die in Photopolymer suspendierte Silikondioxid-Nanopartikel enthalten, werden häufig in hochpräzisen Stereolithographie-Druckern verwendet.
Pulvereigenschaften und Spezifikationen
3D-Drucker-Pulver müssen strenge Spezifikationen in Bezug auf Partikelgrößenverteilung, Morphologie, Fließgeschwindigkeit, Dichte und Mikrostruktur erfüllen. Typische Werte sind unten aufgeführt:
Spezifikationen für Polymer-Pulver
| Parameter | Typischer Wert |
|---|---|
| Partikelgröße | 15-150 μm |
| Partikelform | Sphärisch |
| Scheinbare Dichte | 0,35-0,55 g/cm3 |
| Schmelzpunkt | 172-185°C (Nylon 12) |
Metallpulver-Spezifikationen
| Parameter | Typischer Wert |
|---|---|
| Partikelgröße | 15-45 μm |
| Scheinbare Dichte | 2,5-4,5 g/cm3 |
| Durchflussmenge | 25–35 Sek./50 g |
| Oxidgehalt | < 0,4 Gew.% |
| Mikrostruktur | Völlig dichte sphärische Form |
Die Hersteller stellen Datenblätter für Pulvermaterialien mit Angaben zu den physikalischen Eigenschaften, Prüfberichte über die chemische Zusammensetzung, Analysen der Partikelgrößenverteilung, Messungen der Fließgeschwindigkeit und rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zur Verfügung.
Anwendungen von 3D-Druckpulvern
Polymer- und Metallpulver ermöglichen die Herstellung von Endverbrauchskomponenten in verschiedenen Branchen. Einige Beispiele sind:
Polymer Teile
- Funktionale Prototypen
- Kanäle und Gehäuse für die Automobilindustrie
- Konsumgüter, Sportartikel
- Innenraumkomponenten für die Luft- und Raumfahrt
Metallteile
- Triebwerks-/Strukturteile für Flugzeuge
- Turbinenschaufeln, Laufräder
- Biomedizinische Implantate, Geräte
- Spritzgussformen, Schneidwerkzeuge
3D-Druckpulver ermöglichen komplexe Geometrien mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, die mit herkömmlichen Guss- oder Bearbeitungsverfahren nicht zu erreichen sind.
Pulver-Lieferanten
Zu den weltweit führenden Anbietern von Pulvern für die wichtigsten 3D-Drucktechnologien gehören:
Polymer-Pulver
| Unternehmen | Materialien |
|---|---|
| BASF | Ultrasint PA6, PA11, PA12, TPU |
| Henkel | Loctite PA12, PP, TPE |
| EOS | PA2200, PA3200GF |
| Evonik | Vestosint-Polymere |
Metall-Pulver
| Unternehmen | Materialien |
|---|---|
| AP&C | Titan-, Nickel- und Kobalt-Legierungen |
| Sandvik Fischadler | Rostfreie Stähle, Werkzeugstähle, Superlegierungen |
| Praxair | Titan, Aluminium, Kobalt-Chrom |
| GE-Zusatzstoff | Nichtrostende Stähle, CoCr, Inconel |
Diese Unternehmen bieten eine breite Palette von Werkstoffen an, die für SLS, DMLS, EBM und Binder Jetting mit speziellen Partikelgrößenverteilungen, Formen, Reinheitsgraden und Legierungschemien zugeschnitten sind.
Pulverkostenanalyse
Die Materialkosten sind ein wichtiger Faktor bei der Einführung von Metall-AM. Die Preise für Pulver hängen von der Zusammensetzung, der Produktionsmethode, der Qualität und dem Auftragsvolumen ab:
| Pulver | Preisspanne |
|---|---|
| Nylon 12 | $60-100/kg |
| Aluminium AlSi10Mg | $50-150/kg |
| Titan Ti-6Al-4V | $200-500/kg |
| Nickel IN625 | $100-250/kg |
| Kobalt Chrom | $150-600/kg |
Polymerpulver kann im Vergleich zu exotischen Legierungen für die Luft- und Raumfahrt 40-90% billiger sein. Das Recycling von gebrauchtem Pulver durch Sieben und Mischen mit frischem Material trägt zur Senkung der Materialkosten bei.
Vor- und Nachteile von pulverbasiertem AM
| Vorteile | Beschränkungen |
|---|---|
| Komplexe Geometrien, die mit anderen Verfahren nicht zu erreichen sind | Generell langsamere Erstellungsgeschwindigkeiten als bei traditionellen Methoden |
| Konsolidierte Baugruppen, reduzierte Teilezahl | Pulverentfernung/Reinigungsnachbearbeitung |
| Maßgeschneiderte Legierungen, Verbundwerkstoffmischungen | Anisotrope Materialeigenschaften |
| Reduzierte Bearbeitung im Vergleich zu subtraktiven Verfahren | Porositätsprobleme bei einigen Laser/E-Strahl-Verfahren |
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Pulverbettschmelzen und Binderstrahlen auf speziell entwickelten Kunststoff-, Metall-, Keramik- oder Verbundpulvern mit maßgeschneiderter Größe, Form, Zusammensetzung und Mikrostruktur basieren. Zu den führenden Polymeren gehören Nylon 12, PEEK und TPU, während zu den gängigen Metallen Aluminium, Titan und Nickelbasislegierungen zählen. Globale Anbieter bieten eine breite Materialauswahl, die für die wichtigsten AM-Systeme validiert ist. Die Auswahl von anwendungsspezifischen Pulvern, die den mechanischen Anforderungen und Eigenschaften entsprechen, ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Teile.
FAQs
Was sind die wichtigsten Arten von 3D-Druckpulvern?
Die vier Hauptkategorien sind Kunststoffe wie Nylon 12 und PEEK, Metalle wie Aluminium-, Titan- und Werkzeugstahllegierungen, Keramiken wie Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid sowie Polymer-/Faserverbundwerkstoffe.
Welche Pulvergröße ist ideal für AM-Prozesse?
Ein typischer Bereich ist 15-100 Mikrometer für Metalle und 15-150 Mikrometer für Polymere. Die Größenverteilung beeinflusst Dichte, Fließfähigkeit, Oberflächenrauhigkeit, Genauigkeit und Geschwindigkeit.
Welche Produktionsmethoden werden bei der Herstellung von Metallpulvern angewandt?
Zu den gängigen Verfahren gehören die Inertgaszerstäubung mit Argon oder Stickstoff und die Wasserzerstäubung. Einige Nischenlegierungen werden durch Plasmaverdüsung, Elektrolyse oder chemische Verfahren hergestellt.
Wie beurteilen Sie die Eignung von Pulvern für AM?
Die wichtigsten Parameter sind Partikelgrößenverteilung, Fließgeschwindigkeit, Schüttdichte, Morphologie und Mikrostruktur. Materialzertifizierungsberichte bestätigen die chemische Zusammensetzung, den Gas-/Oxidgehalt und Spuren von Verunreinigungen.
Welche Nachbearbeitung ist bei 3D-gedruckten Pulverteilen erforderlich?
Je nach Material und Verfahren umfassen die üblichen Schritte das Entfernen von Trägern, Strahlen, Glühen, HIP und die maschinelle Bearbeitung zur Erzielung von Maßgenauigkeit und der gewünschten Oberflächengüte.
Wie hoch sind die typischen Massenpreise für Metall-AM-Pulver?
Muster von 1-5 kg kosten $100-300/kg. Typische Mengenbestellungen von 10-100 kg liegen bei $60-250/kg. Großserienbestellungen von mehr als 500 kg können $30-150/kg für gängige Legierungen für die Luft- und Raumfahrt sowie für Werkzeuge erreichen.
Wie wirkt sich recyceltes Pulver auf die Qualität der Teile und die mechanische Leistung aus?
Wiederholtes Recyceln über 2-3 Builds hinaus kann zu veränderter Größenverteilung, Verunreinigung, Aufbau von Satelliten, Pulverabbau und damit zu geringerer Dichte und schlechteren mechanischen Eigenschaften führen. Das Mischen von Frischpulver hilft, dies zu vermeiden.
Welche Verbesserungen sind bei künftigen Metallpulvern zu erwarten?
Schwerpunkte sind kundenspezifische Legierungen, eine bessere Verteilbarkeit des Pulvers und eine höhere Packungsdichte für einen schnelleren Aufbau, eine geringere Porosität und eine höhere Dichte, was zu verbesserten Materialeigenschaften und Oberflächengüten führt.
