Metallpulver: von der Rheologie bis zur Leistung hergestellter Werkstoffe
Was ist additive Fertigung?
Ergänzend zu den traditionellen Fertigungsverfahren auf Basis von Materialabtrag ermöglicht die additive Fertigung heute eine beispiellose Gestaltungsfreiheit und eine außergewöhnlich schnelle Umsetzung. Sie erfüllt zahlreiche Anwendungen in sehr anspruchsvollen Märkten wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Raumfahrt, Verteidigung usw.
Die additive Fertigung besteht darin, ein Bauteil durch schichtweises Aufbringen von meist metallischen Pulvern herzustellen, die durch einen Strahl (zum Beispiel Laser oder Elektronen) aufgeschmolzen werden.
Das FILAB-Labor ist vom COFRAC nach ISO 17025 akkreditiert für:
- die Messung der spezifischen Oberfläche nach der BET-Methode (gemäß ISO 9277) und die Laser-Partikelgrößenanalyse (gemäß ISO 13320 im Nass- und Trockenverfahren),
- die Dichtemessung durch Helium-Pyknometrie (gemäß ASTM B923 und ISO 12154),
- die Bestimmung der Korngröße (gemäß ASTM E112 und NF EN ISO 643) bei Massivwerkstoffen.
Die Analyse metallischer Pulver: Warum FILAB beauftragen?
Mit umfassender Erfahrung in der Umsetzung dieser verschiedenen Techniken begleitet FILAB Sie bei Ihren Anforderungen an die Analyse metallischer Pulver und bei Gutachten im Zusammenhang mit der additiven Fertigung:
Analyse der chemischen Zusammensetzung von Metallpulvern mittels ICP-AES, ICP-MS und/oder mit einem Elementaranalysator für C/S, O/N, H...
Messung der Dichte gemäß den Normen ASTM B527, ISO 3953,
Partikelgrößenanalyse mittels Lasergranulometrie gemäß der Norm ISO 13320
Messung der Fließfähigkeit gemäß den Normen ASTM B213, ISO 4490, ASTM B964,
Morphologische Analyse mittels REM- FEG EDX oder optischer Mikroskopie
SAFRAN-Zulassung gemäß dem Lastenheft Ma0015. SAFRAN hat den Umfang unserer Zulassung auf die chemische und physikalische Charakterisierung metallischer Pulver erweitert! Diese Anerkennung unterstreicht erneut unser Know-how in der Charakterisierung und Expertise zu metallischen Pulvern, um die Anforderungen unserer Kunden schneller und zuverlässig zu erfüllen.
Instrumente für die Analyse von Metallpulvern:
GranuHeap : Messung der statischen Eigenschaften eines Metallpulvers (Schüttwinkel, statischer Kohäsionsindex).
GranuDrum : Messung der Fließeigenschaften (Fließwinkel, dynamischer Kohäsionsindex, Winkel der ersten Lawine, Belüftung des Pulvers).
GranuPack : Messung der dynamischen Verdichtung eines Metallpulvers (Schüttdichte, Stampfdichte, Hausner-Faktor, Verdichtungsdynamik).
GranuFlow : Messung des Durchflusses durch Öffnungen, ein Schlüsselindikator für die Fließfähigkeit von Pulvern.
GranuCharge : Messung der elektrostatischen Eigenschaften von Metallpulvern.
Warum sollten Sie Ihre metallischen Pulver charakterisieren lassen?
Dieses Fertigungsverfahren reagiert empfindlich auf Schwankungen in Größe und Form der als Rohstoff oder Recyclingmaterial verwendeten Metallpulverpartikel. Diese geometrischen Eigenschaften bestimmen insbesondere das Ausbreitungsverhalten während des Prozesses, aber auch den Verdichtungsgrad, der dazu beiträgt, Zwischenräume zu minimieren.
Um die Qualität der hergestellten Bauteile zu gewährleisten, müssen metallische Pulver daher zahlreiche Anforderungen erfüllen, um die erwartete Leistung zu erreichen. In die Norm NF E 67-010, die die technischen Spezifikationen metallischer Pulver für Anwendungen in der additiven Fertigung enthält, sind regelmäßig folgende Parameter aufgenommen:
- die Partikelgrößenverteilung, die in der Regel mittels Lasergranulometrie gemäß ISO 13320 bestimmt wird und den Zugang zur Partikelgrößenverteilung mit Ermittlung charakteristischer Parameter (d10, d50, d90) ermöglicht,
- die Fließfähigkeit, charakterisiert durch eine Auslaufzeit mithilfe eines kalibrierten Trichters vom Hall-Kegel-Typ gemäß ISO 4490 und ASTM B 213 oder vom Carney-Kegel gemäß ASTM B 964,
- die Schüttdichte und die Klopfdichte, die es ermöglichen, durch mechanische Einwirkung die Fähigkeit eines Pulvers zu charakterisieren, sich unter Verdrängung der Luft zwischen den Körnern zu ordnen. Diese Prüfungen werden mit einem Klopfvolumeter gemäß ASTM B 527 und ISO 3953 durchgeführt. Der Hausner-Faktor entspricht dem Verhältnis von Klopfdichte zu Schüttdichte,
- die wahre Dichte, bestimmt durch Pyknometrie gemäß ISO 12154 oder ASTM B 923. Diese Größe ermöglicht insbesondere die Berechnung des inneren Porositätsanteils mithilfe der theoretischen Dichte (zum Beispiel eines Massivmaterials),
- die Morphologie, beurteilt mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM-FEG) und optischer Mikroskopie, um die Granulo-Morphologie, die Sphärizität und das Satellitenbilden zu bewerten (Anlagerung kleiner Partikel an größere Partikel bei Recyclingmaterialien),
- der Feuchtigkeitsgehalt, bestimmt gravimetrisch nach dem Trocknen gemäß ASTM E 1868,
- die chemische Zusammensetzung der metallischen Pulver. Sie wird durch spektroskopische Verfahren wie ICP-AES und ICP-MS sowie durch elementaranalytische Verfahren nach Verbrennung zur Quantifizierung der Elemente C, S, N, O und H bestimmt.
Die Einhaltung der mit diesen verschiedenen Eigenschaften verbundenen Anforderungen ermöglicht es dem Metallpulver, am hergestellten Bauteil eine geringe Fehlerquote (Porosität, Einschlüsse usw.) und einen hohen Verdichtungsgrad zu erzeugen, was für hervorragende mechanische Eigenschaften steht.
