Metallpulver für den 3D-Druck: Eigenschaften und Handhabung
Metallpulver ist das feinkörnige metallische Ausgangsmaterial für Pulverbettverfahren wie SLM sowie für pulverbasiertes Laserauftragschweißen. Für den 3D-Druck müssen die Partikel möglichst kugelförmig, sauber und in einer engen Größenverteilung vorliegen, damit sich gleichmäßige Schichten bilden und das Pulver sauber aufschmilzt. Wegen Staub- und Brandgefahr erfordert es eine sorgfältige Handhabung.
Was ist Metallpulver?
Metallpulver für den 3D-Druck ist ein fein zerteiltes Metall oder eine Legierung, deren Partikel meist nur Bruchteile eines Millimeters messen. In Pulverbettverfahren wird es Lage für Lage aufgetragen und vom Laser genau dort geschmolzen, wo das Bauteil entsteht. Beim Laserauftragschweißen wird es dagegen über eine Düse direkt in das Schmelzbad geblasen.
Das Pulver ist damit der eigentliche Werkstoff im Metall-3D-Druck. Seine Qualität bestimmt, wie gleichmäßig sich die Schichten auftragen lassen, wie dicht das Bauteil wird und wie gut die Oberfläche ausfällt.
Welche Eigenschaften muss Metallpulver haben?
Nicht jedes Metallpulver eignet sich für den Laser-3D-Druck. Vier Eigenschaften sind entscheidend.
Partikelgröße
Für L-PBF sind enge Fraktionen von etwa 15–45 µm oder 20–63 µm üblich. Je dünner die Schicht, desto feiner muss das Pulver sein. Mehr unter Partikelgrößenverteilung.
Kugelform
Runde Partikel rollen gut ab und packen sich dicht. Das ergibt glatte, gleichmäßige Pulverlagen.
Fließfähigkeit
Das Pulver muss sich vom Beschichter leicht verteilen lassen, ohne zu klumpen. Feuchte und anhaftende Kleinstpartikel verschlechtern die Fließfähigkeit.
Reinheit
Ein niedriger Sauerstoffgehalt und wenig Fremdpartikel beugen Poren und Fehlern im Bauteil vor.
Typische Werte für das Laser-Pulverbettschmelzen. Andere Verfahren arbeiten mit anderen Fraktionen.
Wie wird Metallpulver hergestellt?
Die meisten Pulver für den 3D-Druck entstehen durch Verdüsung: Ein Strahl aus geschmolzenem Metall wird zerstäubt, die Tröpfchen erstarren im Flug zu Partikeln.
- Gasverdüsung: Ein Inertgas zerstäubt die Schmelze. Die Partikel werden weitgehend kugelförmig – Standard für L-PBF.
- Plasmaverdüsung: Draht wird im Plasma geschmolzen. Sehr runde, reine Partikel, etwa für reaktive Metalle.
- Wasserverdüsung: Günstiger, aber die Partikel sind unregelmäßig geformt und für das Laser-Pulverbett weniger geeignet.
Anschließend wird das Pulver gesiebt und in Größenklassen getrennt.
Metallpulver und Werkstoffe bei unserem Partner
Unser Forschungs- und Fertigungspartner, ein Laserinstitut in Sachsen, verarbeitet je nach Verfahren unter anderem diese Werkstoffe:
| Verfahren | Ausgangsmaterial | Werkstoffe (Auswahl) |
|---|---|---|
| Makro-SLM | Metallgranulat | Edelstahl 1.4301, Einsatzstahl 1.7131, AlSi10Mg |
| SLM | Metallpulver | Edelstahl 316L, AlSi10Mg, Werkzeugstahl H11 (1.2343) |
| Mikro-SLM | Metallpulver | 316L, 17-4PH, Inconel 625, Wolfram, Molybdän |
Angaben unseres Fertigungspartners. Welcher Werkstoff für Ihr Bauteil infrage kommt, klären wir je Projekt.
Beim Makro-SLM arbeitet der Laser im Multi-Kilowatt-Bereich mit Metallgranulat statt mit feinem Pulver – passend zur groben Strukturauflösung und den großen Bauteilen. Eine Übersicht der Eigenschaften finden Sie bei den Metall-Werkstoffen.
Sicherheit und Handhabung
Feine Metallpulver verhalten sich anders als ein massiver Metallblock. In Anlagen und Laboren gelten deshalb strenge Regeln:
- Feinstaub: Eingeatmete Partikel belasten die Lunge. Einige Legierungsbestandteile wie Nickel oder Kobalt können zudem Allergien auslösen. Gearbeitet wird mit Atemschutz, Handschuhen und Absaugung.
- Brand und Explosion: Aufgewirbelter Metallstaub kann sich entzünden, besonders bei Aluminium oder Titan. Zündquellen und Staubwolken werden vermieden, Sauger und Absaugungen sind dafür ausgelegt.
- Kein Wasser bei Metallbränden: Gelöscht wird mit Metallbrandpulver oder trockenem Sand.
- Lagerung: trocken, dicht verschlossen und oft unter Schutzgas, damit das Pulver keine Feuchte und keinen Sauerstoff aufnimmt.
Verbindlich sind das Sicherheitsdatenblatt des Pulvers und die Arbeitsschutzregeln vor Ort. Als Auftraggeber kommen Sie mit dem Pulver nicht in Berührung: Fertigung und Pulverhandling liegen bei unserem Partner. Ihre Anfrage stellen Sie über die Seite Metall-3D-Druck oder direkt per Metall-Anfrage.
Häufige Fragen zu Metallpulver
Wie fein ist Metallpulver für den 3D-Druck?
Metallpulver für das Laser-Pulverbettschmelzen liegt typischerweise in Fraktionen von etwa 15–45 µm oder 20–63 µm vor. Für sehr dünne Schichten werden feinere Pulver eingesetzt, für andere Verfahren gröbere.
Kann Metallpulver wiederverwendet werden?
Ja. Nicht verschmolzenes Metallpulver wird nach dem Druck gesiebt und kann wiederverwendet werden. Mit jedem Durchlauf kann es sich allerdings verändern, etwa durch Sauerstoffaufnahme, deshalb wird seine Qualität überwacht. Mehr dazu unter Pulverrecycling.
Ist Metallpulver gefährlich?
Feines Metallpulver kann beim Einatmen gesundheitsschädlich sein und als Staubwolke brennen oder verpuffen. In der Fertigung wird es deshalb mit Schutzausrüstung, Absaugung und unter kontrollierten Bedingungen gehandhabt. Maßgeblich ist das Sicherheitsdatenblatt des jeweiligen Pulvers.
Warum muss Metallpulver kugelförmig sein?
Kugelförmiges Metallpulver fließt gut und packt sich dicht. So entstehen gleichmäßige Pulverlagen, die der Laser sauber aufschmelzen kann. Unregelmäßige Partikel verhaken sich und führen eher zu Lücken und Poren.
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