Mehr Metall im Druck Swiss Steel erweitert Möglichkeiten für Metallpulver-3D-Druck

Die Swiss Steel Group hat ihr Portfolio an gasverdüsten Metallpulvern für die additive Fertigung mittels Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) jetzt speziell für die Stahlbranche erweitert ...

Die additive Fertigung mit Pulvern, zu Deutsch auch bekannt als selektives Laserschmelzen (SLM), ist eine Fertigungsmöglichkeit, bei dem sich entweder Metall- oder schmelzbares Kunststoffpulver in einem Behälter befindet, wo es schichtweise durch die Energie eines Laserstrahls zu einem 3D-Bauteil aufgebaut wird. Vor jeder neuen Schicht wird neues Pulver aufgetragen. Die additive Fertigung mit Draht hingegen, auch als Wirearc-Additive Fertigung (WAAM) bekannt, basiert auf dem Schmelzen eines Metall- oder Legierungsdrahts. Der Draht wird durch einen Lichtbogen oder einen Laserstrahl geschmolzen und auf die gewünschten Stellen aufgetragen, um das Objekt schichtweise aufzubauen. Beide generativen Fertigungsprozesse haben ihre Vorteile. Die additive Fertigung mit Pulver sei aber exakter und detailreicher machbar, weil das Pulver in feinen Schichten aufgetragen wird. Sie eignet sich auch für komplexe Geometrien und kann eine Vielzahl von Materialien verarbeiten. Die additive Fertigung mit Draht hingegen ist relativ schnell und kann auch für vergleichsweise große Objekte genutzt werden, wie es dazu heißt. Die Wahl des additiven Verfahrens hängt also von den jeweiligen Anforderungen der Anwendung ab. Die Swiss Steel Group bietet für das erstere Verfahren nun ein breites Spektrum an gasverdüsten Metallpulvern auf Fe-, Ni- und Co-Basis an (Beispiel Aufmacherbild).

So funktioniert die Herstellung von Metallpulver für das SLM

Die Grundlage für das SLM-Fertigungsverfahren bildet ein hochwertiges Metallpulver, dessen Herstellung komplexe Prozessschritte beinhaltet. Zur Pulverherstellung werden die Rohstoffe und Einsatzmaterialien zunächst in einem Induktionsofen erschmolzen und anschließend einer Gasverdüsungsanlage zugeführt (Bild 2). In einem geschlossenen Behälter wird der Schmelzestrahl mithilfe eines Inertgases (Stickstoff) unter hohem Druck zerstäubt. Die so entstehenden Partikel formen sich während der Abkühlung quasi zu winzigen Kügelchen um. Nur so ist ein passendes Rieselverhalten gewährleistet, welches für die spätere Weiterverarbeitung entscheidend ist. Schließlich verbessert die sphärische Form die Dosierbarkeit des Pulvers.

Dieser Prozessteil erfolgt komplett unter Inertgas, wodurch das Pulver ohne schädliche Oberflächenoxidation abkühlt. Das Metallpulver wird anschließend gesiebt und windgesichtet. Das bedeutet, dass das Pulver auf diesem Wege etwa für die Anwendung in der additiven Fertigung vorbereitet wird. Die zu feinen und zu groben Partikel werden zunächst entfernt, so dass die für den 3D-Druck typische Partikelverteilung von 10 bis 63 Mikrometer haben. Mit dem Metallpulver in der benötigten Korngrößenverteilung ist die Grundlage für den eigentlichen 3D-Druck Prozess geschaffen, wie die Experten sagen. Zum Abschluss wird das Pulver homogenisiert und nach Kundenvorgabe verpackt und etikettiert.

Formenbau

Die Vorteile des 3D-Drucks für Arbeitsabläufe im Metallguss

Die verschiedenen Metallpulver und Neues aus dem SLM-Portfolio:

Metallpulver auf Eisenbasis: Metallpulver auf Eisenbasis für den 3D Druck können in die austenitischen, aushärtbaren und martensitischen Güten unterteilt werden. Die austenitische Güte Printdur 4404 ist sehr korrosionsbeständig und oxidiert schlecht. Die Güten Printdur 4545 und Printdur 4548 haben die optimale Kombination aus Verschleiß-, Korrosions- und Oxidationseigenschaften, wie die Schweizer betonen. Bei verstärkter Verschleißbeanspruchung seien die Güten Printdur Powderfort, Printdur 2343 und Printdur 2344 eine gute Wahl.

Metallpulver auf Nickelbasis: Für Anwendungen, die eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit erforderten, biete sich Metallpulver auf Nickelbasis an. Printdur Ni625 etwa weist eine gute Beständigkeit gegen mineralische Säuren wie zum Beispiel Salpeter-, Phosphor-, Schwefel- oder Salzsäure auf. Ebenso ist die Korrosionsbeständigkeit gegen Alkalien und organische Säuren gegeben. Auch sei der Werkstoff im lösungsgeglühten Zustand gegen Heißgaskorrosion sehr beständig und hat eine hohe Zeitstandfestigkeit oberhalb von 600 °C.

Metallpulver auf Kobaltbasis: Das Metallpulver auf Kobaltbasis (Printdur CoCrF75) kann in zwei unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden. Einmal für Hochtemperaturanwendungen und außerdem für die Medizintechnik. Printdur CoCrF75 ist unempfindlich gegen Wärmeschock und beständig gegen oxidierende sowie reduzierende Atmosphären, was für Temperaturen bis 1.150 °C gilt. Eine sehr gute Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit zählten ebenfalls zu den positiven Eigenschaften.

AM-Qualitätsmanagement

Qualitätssicherung für das additive Fertigungsverfahren Materialextrusion mittels Referenzbauteil

Der Neuling unter den SLM-Pulver der Swiss Steel Group

Bainidur AM: Bainidur AM (AM = Additive Manufacturing) erweitere das Portfolio der Metallpulver der Swiss Steel Group für die additive Fertigung. Es seien derzeit nur wenige niedrig- und mittel legierte Stähle auf dem Markt erhältlich, die mittels der additiven Fertigung verarbeitet werden könnten. Bainidur AM gleiche diesen Mangel aus, weil das Pulver ein schnelles und effizientes Drucken von Erstmustern ermögliche, die auch die realen Bauteileigenschaften hätten. Eine Wärmebehandlung und eine thermochemische Oberflächenbehandlungen können mit dem gleichen Werkstoff wie in der Serienfertigung getestet und optimiert werden, wie betont wird. Selbst Ersatzteile, können durch Additive Manufacturing mit vergleichbaren Eigenschaften wie das Original hergestellt werden. Dies wird durch sein gutes Umwandlungsverhalten in das Bainitgefüge unterstützt. Dadurch sei das Material auch beim Druck leicht zu handhaben.

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