Kostengünstige Herstellung von Metallpulvern für 3D-Druck

Schleifindustrie als Lieferant für Metallpulver

Forschung
Publikationen und Studien
Additive Manufacturing
Ein wichtiges Ausgangsmaterial für die additive Fertigung ist Metallpulver. Dieses wird üblicherweise durch Gasverdüsung hergestellt. Bei dem Verfahren wird eine flüssige Metallsäule mit Hochdruck durch eine Düse geleitet und dann durch einen Inertgasstrahl wie Argon oder Stickstoff in feine Tröpfchen zerteilt. Die Technologie ist zwar recht verbreitet, jedoch wenig ergiebig, teuer und unflexibel in Bezug auf die Materialtypen, die verarbeitet werden können. 

Ein Forscherteam des Indian Institute of Science (IISc) unter der Leitung von Koushik Viswanathan, Assistenzprofessor an der Fakultät für Maschinenbau, hat eine alternative Technik zur Herstellung von Metallpulvern entwickelt, die diese Probleme umgeht. 

In der Metallschleifindustrie werden Späne oft als Abfallprodukt entsorgt. Sie haben in der Regel eine strähnige Form, oft fallen aber auch kugelförmige Partikel an. Schon vor längerer Zeit stellten Wissenschaftler die Theorie auf, dass diese Partikel einen Schmelzprozess durchlaufen, um eine kugelförmige Form anzunehmen.

Viswanathans Team untersuchte die Herstellung von Metallpulvern durch Oberflächenschleifen und zeigte nun, dass diese pulverförmigen Metallkörper durch Schmelzen aufgrund der hohen Oxidationswärme an der Oberflächenschicht entstehen. Die Forscher demonstrierten die Herstellung von nahezu monodispersen Stahlpulvern des Typs AISI 52100 für AM-Anwendungen. Sie analysierten die Bildung dieser Partikel und bewerteten die Verwendbarkeit der hergestellten Pulver für die Metall-AM. Anschließend verfeinerten sie diesen Prozess, um große Mengen an kugelförmigen Pulvern als Ausgangsmaterial für die metallische additive Fertigung zu erzeugen. Ihre Studie zeigt, dass sich diese Partikel genauso gut verarbeiten lassen wie handelsübliche gaszerstäubte Pulver und zu einer lunker- und einschlussfreien metallurgischen Verbindung führen.

Priti Ranjan Panda, Doktorand am IISc Centre for Product Design and Manufacturing und einer der Autoren der Studie, sagt: „Wir haben einen alternativen, wirtschaftlicheren und inhärent skalierbaren Weg zur Herstellung von Metallpulvern gefunden, und die Qualität der fertigen Pulver scheint im Vergleich zu herkömmlichen gaszerstäubten Pulvern sehr wettbewerbsfähig zu sein.“

Zu den Anwendungsmöglichkeiten ihrer Ergebnisse erklärt Viswanathan: „Es besteht ein großes Interesse an der additiven Fertigung von Metall, da diese eine erhebliche Anpassung an Kundenwünsche ermöglicht und Designfreiheit bietet. Die hohen Kosten für Metallpulver waren jedoch ein Hemmschuh. Wir hoffen, dass unsere Arbeit neue Türen zu kostengünstigeren und besser zugänglichen Metallpulvern öffnen wird.“

Den Forschern zufolge hat die Herstellung von Metallpulver durch Abrieb auch Potenzial für andere Hochleistungsanwendungen, wie z. B. in Flugzeugtriebwerken, wo ein hohes Maß an Spezifität erforderlich ist.

Derzeit werden Metallpulver in der Regel in einer Zerstäubungsanlage hergestellt und müssen zum Gießen und Recyceln transportiert werden, wodurch eine lange Lieferkette entsteht. Dies funktioniert für häufig vorkommende Metalle wie Aluminium, so Viswanathan, aber für strategische Materialien (wie Tantal und Lithium), bei denen allein die Gewinnung ein komplexer Prozess ist, wäre ein skalierbarer Prozess zur Herstellung von Metallpulvern von Vorteil. Dann kann im Prinzip die gesamte Lieferkette in einer einzigen Anlage untergebracht werden – eine Möglichkeit, die diese Technik bieten könnte.

https://iisc.ac.in

Weitere Informationen: 
Harish Singh Dhami et al., Production of powders for metal additive manufacturing applications using surface grinding, Manufacturing Letters (2022). DOI: 10.1016/j.mfglet.2022.02.004