Einfluss des Pulverauftrags beim Metal Binder Jetting

Abstract

Metal Binder Jetting (MBJ) ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Binder lokalisiert schichtweise in ein aufgetragenes Pulverbett eingebracht wird. Nach dem Aushärten des Binders werden die Grünteile entpulvert und in einem Entbinder- und Sinterprozess zu einem dichten Bauteil konsolidiert. Das Verdichtungsverhalten hängt von der Homogenität des Grünteils, seiner Packungsdichte und der Sinteraktivität ab. In einer umfassenden Varianzanalyse zu den Prozessparametern des Pulverauftrags anhand des Edelstahls 316L wurde festgestellt, dass sowohl die Trocknung von Pulvern den Einfluss der Pulverauftragsparameter erhöht. Die Schichtstärke zeigte sich als einer der einflussreichsten Parameter. Eine höhere Schichtstärke führt zu einer geringeren Grünteildichte und inhomogeneren Grünteilen. Der Pulverauftrag mittels gegenläufig rotierendem Roller und der Bindereintrag verursachen Dichteschwankungen und Entmischungen der Partikel im Grünteil, die bei höherer Schichtdicke stärker ausgeprägt sind. Daraus resultiert eine lokal niedrigere Pulverpackung in den Grünteilen, die einerseits in Zwischenschichtporosität von Sinterteilen und niedrigeren Sinterdichten führen. Andererseits ist das anisotrope Schwindungsverhalten des MBJ darauf zurückführen. Bei der Verarbeitung von Pulvern mit mittleren Partikelgrößen D50 zwischen 5 und 26 µm nimmt die Pulverbettdichte bei kleineren Partikelgrößen ab. Die höchsten Grünteildichten werden bei mittleren Partikelgrößen erreicht, da bei gröberen Pulvern aufgrund ihrer geringeren Kohäsion durch den Tropfenaufprall des Bindereintrags ein höherer Anteil an Partikeln ausgeschossen wird. In dieser Arbeit wurde ein Zusammenhang zwischen den Partikeleigenschaften und der Pulverbettdichte herausgearbeitet. Die spezifische Oberfläche des Pulvers, die Partikelgrößenverteilung und die Schichtstärke ermöglichen eine präzise Vorhersage der Pulverbettdichte. Die spezifische Oberfläche des Pulvers und die Schichtstärke besitzen den größten Einfluss auf die Pulverbettdichte. Je gröber das Pulver und je niedriger die Schichtstärke, desto höher ist die Pulverbettdichte.