05.01.2022
Neues Verfahren zur Bestimmung der Fließfähigkeit von Pulvern vorgestellt
Wissenschaftler der BAM und der TU Berlin haben ein neues Verfahren vorgestellt, das es ermöglicht, zuverlässig zwischen der Fließfähigkeit scheinbar ähnlicher Pulver zu unterscheiden, die sich jedoch in verschiedenen additiven Fertigungsverfahren sehr unterschiedlich verhalten.
Durch die Definition eines Fließfähigkeitsindexes und dessen Korrelation mit dem Prozessverhalten kann die Dichte von Pulverbetten vor der Verarbeitung bewertet werden. Das hilft Materialwissenschaftlern und Verfahrenstechnikern, dichte, reproduzierbare und sichere Bauteile herzustellen.
Bisher fehlte es an einer einheitlichen Definition der Fließfähigkeit von Pulvern. Dem entsprechend kommen bislang eine Vielzahl von Methoden zum Einsatz, deren Ergebnisse jedoch nur schwer miteinander vergleichbar sind.
Diese Einschränkung behindern die Reproduzierbarkeit entsprechender Prozesse, die Qualitätskontrolle und den Wissenstransfer zwischen den Verarbeitungstechnologien in der additiven Fertigung, was sich letztlich auch auf die Stabilität und andere Materialeigenschaften des gedruckten Teils auswirkt.
Ein Team um Andrea Zocca und Jens Günster vom Fachbereich Multimateriale Fertigungsprozesse der Abteilung Werkstofftechnik der BAM hat hierfür jetzt in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Keramische Werkstoffe der TU Berlin eine Lösung gefunden: Gemeinsam haben die Wissenschaftler ein quantitatives statistisches Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, zuverlässig zwischen der Fließfähigkeit scheinbar ähnlicher Pulver zu unterscheiden, die sich jedoch in verschiedenen additiven Fertigungsverfahren sehr unterschiedlich verhalten.
Diese Ergebnisse, die kürzlich im Additive Manufacturing Journal vorgestellt wurden, sollen Forschung und Industrie bei der Vereinheitlichung der Charakterisierung und des Screenings von Pulvern für die additive Fertigung helfen. Gleichzeitig ebnen sie den Weg zu übertragbaren Standards für entsprechende Fertigungsverfahren, die immer wichtiger werden.
Hintergrund
Pulver sind eine einzigartige Form von Material. Tatsächlich können Pulver als ein anderer Zustand der Materie betrachtet werden. Sie können wie ein Gas komprimiert werden (allerdings nicht so stark) und verhalten sich dann, wenn sie verdichtet sind, wie ein Feststoff. Gleichzeitig können Pulver jedoch auch unter den richtigen Bedingungen wie eine Flüssigkeit fließen. Diese Eigenschaften sind für die additive Fertigungstechnologien wie dem Pulverbettschmelzen und dem Binderstrahlen von großer Bedeutung: Hier wird schichtweise ein Pulver aufgetragen, um ein sogenanntes "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 und ist Teil unseres täglichen Lebens. Zum Beispiel, wenn wir Zucker in unseren morgendlichen Kaffee schütten oder einen Paket Mehl beim Backen entleeren. Manchmal fließt das Pulver so gut wie eine Flüssigkeit, manchmal fließt es überhaupt nicht.
Quelle: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)