Technikum zur Pulverherstellung

Produktion und Entwicklung von Pulvern für die additive Fertigung mit innovativer Verfahrenstechnik

Pulver für die additive Fertigung

Entwicklung von Pulvern für die additive Fertigung / 3D-Druck

Pulverwerkstoffe

Verfahrenstechnik und Werkstoffe für anwendungsangepasste Pulver für die Additive Fertigung

Das Anwendungsspektrum von Pulvern ist groß: Es reicht vom direkten Einsatz von Pulvern in chemischen Prozessen und Formulierungen, zum Löten und Schweißen über Techniken zur Herstellung von Schichtstrukturen (thermisches Spritzen, PVD, Siebdruck) bis zur Bauteilproduktion über Sintertechniken und generative Prozesse, z. B. selektives Laserschmelzen (SLS) oder Spritzgusstechniken (Powder Injection Molding PIM).

Das Innovationspotenzial für Pulver in den verschiedensten Anwendungen ist hoch. Insbesondere in der Entwicklung und Spezifikation von Pulvern für die additive Fertigung sind noch zahlreiche Aufgaben zu lösen.

Fraunhofer UMSICHT in Sulzbach-Rosenberg blickt auf 25 Jahre Erfahrung in der Pulvermetallurgie zurück und bietet mit eigens entwickelter Anlagen- und Verfahrenstechnik ein vielfältiges Angebot zur Entwicklung von Pulvern und deren Herstellungstechnik.

Individuelle Entwicklung von Pulvern

Fraunhofer UMSICHT nutzt zur Herstellung anwendungsangepasster Pulver überwiegend Prozesse zur Schmelzezerstäubung. Neben der üblichen Inertgasverdüsung werden auch hoch entwickelte Verfahren zur Zerstäubung mit heißen Gasen sowie die Rotationszerstäubung eingesetzt.

Durch diese Vielfalt an vorfügbarer Verfahrenstechnik können Pulverqualitäten bedarfsorientiert über einen weiten Bereich von Eigenschaftsprofilen hergestellt werden. Überwiegend sind dies Metall- und Legierungspulver. Spezielle Prozessmodifikationen ermöglichen im Einzelfall auch die versuchsweise Pulverherstellung aus Glas-, Keramik- oder Polymerschmelzen oder die Herstellung von Kompositpulvern.

Die Entwicklung neuer, anwendungsangepasster, pulverförmiger Werkstoffe erfolgt immer im direkten Dialog mit dem Kunden. Je nach Anwendungsfokus und Werkstoff werden geeignete Fertigungsmethoden vorgeschlagen.

Hochviskose Schmelzen, wie z. B. Keramik, werden mit Heißgas verarbeitet. Über die Methode der reaktiven Heißgasverdüsung können Pulver im sub-µm und nano-Bereich erzeugt werden. Dabei werden Gasmischungen, Temperaturen und Drücke verwendet, die abseits dessen liegen, was mittels konventioneller Verdüsungstechnik möglich ist.

Sehr sphärische Pulverpartikel mit enger Größenverteilung erzeugt dagegen die Rotationszerstäubung. Der Größenbereich lässt sich hier von einigen 10 µm bis in den mm-Bereich einstellen.

Fraunhofer UMSICHT kann Testmaterial, Versuchs- und Kleinchargen von wenigen kg bis zu einer Größenordnung von ca. 250 kg verarbeiten.

Das Ziel eines kundenspezifisch hergestellten Pulvers oder einer Pulverlegierung liegt meist in verbesserten Verarbeitungs- und Anwendungseigenschaften. Fraunhofer UMSICHT unterstützt bei der Entwicklung der Herstellungsverfahren und der gewünschten Materialparameter, z.B. für Pulver im Bereich der additiven Fertigung.

Neben der Pulverherstellung selbst entwickelt Fraunhofer UMSICHT Verfahrenskonzepte und verfahrenstechnische Anlagen für die Pulverproduktion bis zur Pilotreife und bewertet Herstellungsverfahren.

Metallpulver / Pulver aus Metalllegierungen

Eine Vielzahl von Elementen (im Periodensystem grün markiert) wurde bisher in unserer experimentellen Arbeit zur Pulverentwicklung auf Metall- oder Metalloxidbasis verwendet.

© Fraunhofer UMSICHT
Eingesetzte Elemente zur Entwicklung von Pulvern bei Fraunhofer UMSICHT. In unseren Zerstäubungsanlagen werden sowohl reine Elemente als auch maßgeschneiderte Legierungen mit Legierungsschmelzpunkten bis 1750 °C behandelt. Alle Legierungen werden aus hochreinen elementaren Materialien gemäß den Vorgaben des Auftraggebers hergestellt.

Ein Schwerpunkt der Pulverentwicklung am Fraunhofer UMSICHT liegt auf Pulverwerkstoffen aus Metall bzw. aus Metalllegierungen, u.a. Stähle, Aluminium-, Kupfer-, Kobalt- und Nickelbasislegierungen sowie Selten-Erd- und Edelmetalllegierungen.

© Fraunhofer UMSICHT
Pulver-Technikum am Fraunhofer Standort
© Fraunhofer UMSICHT
Innovative Verfahrenstechnik für die Heißgasverdüsung
© Fraunhofer UMSICHT
Technikumshalle für die Pulverherstellung

Technische Ausstattung

2 Inertgas-Schmelzeverdüsungsanlagen ab 2 kg bis 100 kg Chargengröße
Heißgasverdüsung mit bis zu 1000°C bei 25 bar
Rotartionszerstäubungsanlage bis 250 kg Chargengröße
Spezialausstattung zur Verdüsung für hoch reaktive Materialien wie Al, Mg, Ti-Leg.
Siebanlagen und (Inert-) Windsichter zur Klassierung von Pulvern bis herab zu < 7 µm unter Schutzgas
Ofenanlagen mit spezifischen Gasmischungen bis 1800°C  zur Modifizierung von Pulvern und Bauteilen, Korrosionstests etc. unter definierten Atmosphären.
Thermisches Spitztechnikum zur Entwicklung von Beschichtungen und zur Pulverweiterverarbeitung
AM Fertigungssystem ProX DMP 200 / 3D Systems
Analytiklabor

REM/EDX,

Schliffherstellung mit mikroskopischer Analyse/ Bildverarbeitung

Thermoanalyse DTA/TG und Dilatometrie,

Röntgendiffraktometrie,

Härtemessung nach Vickers,

Partikelgrößenanalyse (Lasergranulometrie),

Pulver-Fließfähigkeit und Schüttdichte