Überblick über Metallzerstäubung
Die Metallzerstäubung ist ein Verfahren, bei dem geschmolzenes Metall mit Hilfe von Gas oder Flüssigkeit, die mit hoher Geschwindigkeit gepresst werden, in feine Tröpfchen zerteilt wird. Die Tröpfchen verfestigen sich schnell zu Pulver mit einer kugelförmigen oder runden Morphologie, die sich ideal für die additive Fertigung oder das Metallspritzgießen eignet.
Bei der Zerstäubung werden je nach Düsenkonstruktion und Betriebsdruck konstante Pulvergrößen von 10 Mikron bis 200+ Mikron erzeugt. Stickstoff, Argon oder Luft werden in der Regel für die Gaszerstäubung verwendet, während bei der Flüssigkeitszerstäubung Wasser üblich ist.
Arten von Metallzerstäubung Prozesse
| Prozess | Mittel | Partikelgröße | Metalle |
|---|---|---|---|
| Gaszerstäubung | Stickstoff, Argon | 10-100 μm | Titan, Aluminium, rostfreier Stahl |
| Vakuum-Zerstäubung | Stickstoff, Argon | 10-63 μm | Nickel-Superlegierungen, Titanaluminid |
| Wasserzerstäubung | Wasser | 100-350 μm | Niedrig legierter Stahl, rostfreier Stahl |
Technische Daten
| Parameter | Einzelheiten |
|---|---|
| Produktionsrate | 1-20 metrische Tonnen pro Stunde |
| Gasdruck | Bis zu 35 bar |
| Überhitzung der Schmelze | 100-250°C über dem Liquidus |
| Ausbeute des Pulvers | 60-95% abhängig vom Metall |
| Abkühlungsrate | 10^3 bis 10^6 °C/s |
Anwendungen von Zerstäubte Metallpulver
Einige Verwendungszwecke von zerstäubten Pulvern sind:
- 3D-Druck-Pulver für SLM und DMLS
- Ausgangsmaterial für das Metall-Spritzgießen (MIM)
- Thermische Spritzschichten
- Herstellung von gesinterten Teilen
- Lötpasten oder Verbindungsanwendungen
- Katalysatoren für Chemie/Erdöl
Globaler Hersteller von Metallzerstäubern
| Unternehmen | Standort |
|---|---|
| AP&C | Kanada |
| Praxair | USA |
| Sandvik | Schweden |
| Mattersmith | China |
| Phoenix Scientific Industries | Indien |
Führende Hersteller von atomisierten Metallpulvern
| Unternehmen | Materialien |
|---|---|
| Sandvik | Nickel, Titan, Edelstahl-Legierungen |
| Zimmerer-Zusatzstoff | Titanlegierungen, Kobalt-Chrom, nichtrostende Stähle |
| LPW-Technologie | Aluminium, Titan, Kupferlegierungen |
| EOS | Werkzeugstahl, Kobalt-Chrom, Inconel, Titan-Legierungen |
| AP&C | Reaktive Metalle wie Titan, Aluminiumsorten |
Kostenüberlegungen
Ein Gaszerstäubungssystem mit einer Kapazität von 500-1000 kg/Stunde kostet etwa $2-4 Millionen, je nach Komplexität, Metallart, Automatisierungsgrad und zusätzlicher Pulverhandhabungsausrüstung. Die Amortisationszeit kann je nach Produktionsumfang zwischen weniger als 2 Jahren und mehr als 5 Jahren liegen.
Die Preise für atomisiertes Pulver hängen von der Zusammensetzung, der Qualität, der Losgröße, dem Wiederverwendungsstatus und den aktuellen Rohstoffkosten ab. So wird beispielsweise reines Titanpulver Ti64 Grade 5 mit einer Größe von 45-100 Mikron, das für den 3D-Druck geeignet ist, für $200-500 pro kg verkauft.
Vorteile der Atomisierung
- Konsistente sphärische Pulvermorphologie vorteilhaft für AM- und MIM-Anwendungen
- Kosteneffiziente Pulverproduktion in großen Mengen mit minimalen Ausschussverlusten
- Kundenspezifische Legierungen und Pulvereigenschaften sind möglich
- Das Pulver ist vollständig recycelbar und kann in den meisten Anwendungen wiederverwendet werden.
- Schnelle Abkühlung ergibt feine Mikrostrukturen und kontrollierte Pulvergrößen
Beschränkungen
- Hohe Investitionskosten für schlüsselfertige Zerstäubungsproduktionssysteme
- Zusätzliches Sieben, Mischen oder Modifizieren von Pulver erforderlich
- Begrenzter Größenbereich und hohe Reaktivität schränken einige Legierungen ein
- Sicherheitsaspekte wie Staubexplosivität müssen berücksichtigt werden
FAQ
F: Was ist der Unterschied zwischen gas- und wasserzerstäubten Pulvern?
A: Gaszerstäubte Pulver sind feiner (<100 μm), kugelförmiger und glatter als unregelmäßige, gröbere wasserzerstäubte Pulver, aber Gaszerstäubungssysteme haben höhere Rüstkosten.
F: Welche Industrien verbrauchen den größten Anteil an zerstäubten Metallpulvern?
A: Es wird geschätzt, dass über 60% fein zerstäubte Pulver in additiven Metallherstellungsverfahren wie selektivem Lasersintern, Laserschmelzen und Binder-Jetting verwendet werden.
F: Wozu dient das Vakuum-Induktionsschmelzen vor der Zerstäubung?
A: Das Vakuum-Induktionsschmelzen ermöglicht das Schmelzen reaktiver Legierungen wie Titan oder Edelstahl unter inerten Bedingungen, wodurch eine Kontamination verhindert wird, was für die Herstellung sauberer, hochreiner, zerstäubter Pulver entscheidend ist.
F: Verändert die Nachbearbeitung die Eigenschaften von zerstäubten Pulvern weiter?
A: Ja, es werden zusätzliche Schritte wie thermisches Glühen, heißisostatisches Pressen, Plasmasphäroidisierung, Sieben oder Mischen durchgeführt, um die Partikelgrößenverteilung, Fließfähigkeit, Dichte oder Zusammensetzungseigenschaften je nach Bedarf für nachgeschaltete Prozesse anzupassen.
F: Wie ist die Wiederverwendung von Pulver für den Zerstäubungsprozess wirtschaftlich?
A: Atomisierte Pulver können zwischen $20 pro kg für Stahl und $500 pro kg für exotische Legierungen kosten. Das Auffangen und die Wiederverwendung von Überläufen und verbrauchten Pulvern aus AM-Maschinen durch Sieben, thermisches Absaugen usw. senkt die Gesamtbetriebskosten.
