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Pulverrheometer

Gleichmäßige Fließeigenschaften: Schlüssel für hohe Qualität beim 3D-Druck

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Wiederverwendbarkeit bewerten

Die Verarbeitung mittels Pulverbett- und Laserabscheidung erfordert den Einsatz großer Mengen an Pulver, von dem jedoch nicht alles Teil des fertigen Bauteils wird. Somit birgt die Wiederverwendung von Pulver ein großes Einsparungspotential, sowohl an Rohstoffkosten als auch durch Verringerung des Gesamtabfalls. Für die Wiederverwendung ist jedoch eine sorgfältige Bewertung der Veränderungen des Pulvers durch die vorhergehende Verarbeitung notwendig. Es ist zu prüfen, ob eine weitere Verarbeitung möglich ist, ohne die Qualität des fertigen Bauteils zu beeinträchtigen.

An einer Serie verschiedener Pulver, die unterschiedliche Anteile von frischem und gebrauchtem Ausgangsmaterial enthielten, wurden dynamischen Pulvertest mit dem FT4 durchgeführt, um zu bestimmen, ob sich die kritischen Eigenschaften des gebrauchten Pulvers von denen des ursprünglichen Materials unterscheiden und um zu definieren, welche Möglichkeiten es gibt, das gebrauchte Pulver in einen Zustand zurückzuführen, in dem es wiederverwendet werden kann.

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Ein Vergleich der Ergebnisse für die unbenutzten und gebrauchten Pulver zeigt, dass die vorangegangene Verarbeitung die Basisfließenergie des Pulvers signifikant erhöht hat, ein Anzeichen dafür, dass es nicht so frei fließen würde wie das ursprüngliche Material.

Pulver, das aus einer AM-Maschine austritt, kann Spritzer aus dem Schmelzbad in Form von größeren Teilchen enthalten oder sich chemisch verändert haben, z.B. Verunreinigungen auf der Pulveroberfläche aufnehmen. Es wurden daher Versuche durchgeführt, um zu bestimmen, ob das verwendete Pulver nach dem Sieben in einen Zustand zurückkehren würde, in dem seine Strömungsenergie akzeptabel war. Hier verbesserte das Sieben die Fließfähigkeit des Pulvers, aber es kehrte nicht zu den ursprünglichen Werten der Strömungsenergie zurück, die für das Neuware-Material gemessen wurden.

In weiteren Experimente wurde gebrauchtes mit frischem Pulvern gemischt, um die Möglichkeit der Verarbeitung zu prüfen. Ein Verhältnis von 75 % ungebraucht zu 25 % verwendetem Pulver erzeugte eine Fließfähigkeit, die der des frischen Pulvers am ähnlichsten war. Die 50:50-Mischung hatte den höchsten BFE aller gemischten Proben, was zeigt, dass sich die Fließfähigkeit nicht linear mit dem Anteil des frischen Pulvers ändert. Diese Ergebnisse unterstreichen die Fähigkeit von dynamischen Tests, minimale Veränderungen in Pulvern zu erkennen, die für ihre Leistung in 3D-Druckmaschinen von direkter Relevanz sind.

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Auswirkung von Additiven

Weitere Untersuchen wurden mit Pulvern durchgeführt, die verschiedene Additive enthalten, die hinzugefügt werden, um dem Endprodukt bestimmte Eigenschaften, wie eine definierte Farbe oder eine spezifische Funktionalität zu verleihen. Auch diese Additive beeinflussen die Eigenschaften des Pulvers und somit sein Prozessverhalten. Die Bestimmung dieser Unterschiede bei den relevanten Parametern einer Rezeptur sind nicht nur in Bezug auf das Prozessverhalten sondern auch zur Definition der optimalen Formulierung selbst von großer Bedeutung.

Diese verschiedenen Studien unterstreichen die Fähigkeit des multivariaten Ansatzes FT4-Pulver Rheometers, kleinste Veränderungen in Pulvern zu erkennen, die für ihre Leistung in Maschinen der additiven Fertigung von direkter Relevanz sind.

Fazit: Die Pulverfließfähigkeit ist keine inhärente Materialeigenschaft, sondern die Fähigkeit des Pulvers, in einer bestimmten Art von Ausrüstung in einer gewünschten Weise zu fließen. Eine erfolgreiche Verarbeitung erfordert, dass das Pulver und der Prozess gut aufeinander abgestimmt sind. Es ist nicht ungewöhnlich, dass das gleiche Pulver innerhalb eines Prozesses dem einen Equipment gut mit dem anderen jedoch schlecht kompatibel ist. Dies bedeutet, dass mehrere Charakterisierungsmethoden erforderlich sind, deren Ergebnisse mit der Prozessrangfolge korreliert werden können, um zu ermitteln, welche Parameter die Leistung am stärksten beeinflussen. Darauf aufbauend kann eine optimale Versuchs- und Prozessplanung für ein akzeptables Prozessverhalten und sichere Produktqualität festgelegt werden.

* Der Autor ist Operations Director bei Freeman Technology, Tewkesbury/Großbritannien.

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