Warum ist Entpulvern im Metall 3D-Druck so wichtig?

Komplexe Strukturen wie interne Kanäle, verworrene Gitterstrukturen oder konturnahe Kühlkanäle verlässlich zu fertigen ist eine große Stärke der additiven Fertigung gegenüber herkömmlichen Fertigungsmethoden. Für High-Tech-Branchen wie Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik und die Automobilindustrie bietet der 3D-Druck damit erhebliche Vorteile, macht die Pulverentfernung aber schwieriger. Das Entpulvern, also der Prozessschritt zur Entfernung von Restpulver aus einem gedruckten Bauteil, ist häufig der Punkt in der Prozesskette, an dem diese Komplexität besonders deutlich wird.

Bei welchen Metall-Druck-Verfahren braucht es entpulvern?

Grundsätzlich wird automatisiertes Entpulvern überall dort benötigt, wo Pulver verschmolzen wird. Die gängigsten Verfahren sind das Laserschmelzverfahren (Selective Laser Melting / LPBF), EBM (Electron Beam Melting) und Metall Binder Jetting.

Beim Metal Binder Jetting müssen die sogenannten Grünteile vor dem Sintern sorgfältig entpulvert werden, da verbleibendes Pulver die Bauteildichte und Maßhaltigkeit direkt beeinflusst.

Gerade bei Bauteilen mit geschlossenen Kanälen, feinen Gitterstrukturen oder Überhängen wird manuelles Entpulvern schnell zum Problem: Es ist zeitaufwendig, wenig reproduzierbar und entwickelt sich zum Engpass, der das volle Potenzial der additiven Fertigung ausbremst.

Auch bei SLM und DMLS sind die Bauteile vollständig im Pulverbett eingebettet, wobei sich Pulver in komplexen Geometrien und inneren Hohlräumen festsetzt. Ähnlich verhält es sich bei EBM – mit der zusätzlichen Herausforderung, dass das Pulver während des Prozesses teilweise angesintert wird und sich dadurch nur schwer manuell entfernen lässt.

Gerade EBM bietet großes Potenzial für automatisiertes Entpulvern. Gleichzeitig ist die teilweise gesinterte und sehr fragile Struktur der Grünteile ein großes Problem. Die aktuellen Lösungen von Solukon sind daher auf LPBF und SLS ausgelegt (mit einem klaren Fokus auf LPBF ), da hier die Bauteile stabil genug sind, um sie automatisiert nachzubearbeiten.

Was passiert, wenn Bauteile nicht vollständig gereinigt sind?

Grundsätzlich ist automatisiertes Entpulvern nötig, weil es

Erstens: eingeschlossenes Pulver. Feines Metallpulver, das sich in inneren Kanälen oder Hohlräumen festsetzt, lässt sich mit herkömmlichen Methoden oft nicht vollständig entfernen. In geschlossenen oder teilgeschlossenen Geometrien ist eine restlose Entfernung ohne einen gezielten, programmierbaren Prozess nahezu unmöglich.

Zweitens: Kontamination. Verbleibendes Pulver aus einem Baujob oder einer Legierung kann in nachfolgende Prozesse verschleppt werden und die Materialrückverfolgbarkeit beeinträchtigen.

Drittens: Porosität. Wird eingeschlossenes Pulver während Wärmebehandlung oder HIP teilweise angesintert, können ungewollte Poren in der Mikrostruktur entstehen. Das verschlechtert die mechanischen Eigenschaften des Bauteils direkt, wie etwa Festigkeit, Ermüdungslebensdauer und Druckdichtigkeit. Häufig ohne, dass dies ohne CT-Scan oder zerstörende Prüfverfahren sichtbar ist.

Diese drei Risiken sind eng miteinander verknüpft: Ein Problem führt oft zum nächsten.

Warum ist Entpulvern in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und im Automobilbereich noch schwieriger?

Die Antwort liegt in Bauteilgeometrien, Material und den damit verbundenen Effekten. Die Metallbauteile, die am meisten von der addditiven Fertigung profitieren (Raketenbrennkammern, Verteiler in Kraftstoffsystemen, Hydraulikkomponenten, individuelle medizinische Implantate, leicht Strukturbauteile) sind auch am schwersten zu reinigen. Ihr Material (Titan oder Aluminium) erfordert eine inerte Atmosphäre. Und ihr Einsatzfeld erlaubt weder Pulverreste noch Mikrobeschädigungen.

In der Luft- und Raumfahrt wird ein blockierter interner Kanal in einer Kraftstoff- oder Kühlkomponente schnell zum Sicherheitsrisiko. In der Medizintechnik führen Pulverrückstände in Implantaten unmittelbar zum Verstoß gegen regulatorische Anforderungen. Und im Automobilbereich, wo die Serienfertigung mit AM zunehmend Realität wird, untergräbt inkonsistentes Entpulvern die notwendige Reproduzierbarkeit für die Produktion in großen Stückzahlen.

Diese Branchenzweige sind auch die treibende Kraft für immer größere Bauteile und Stückzahlen.

Warum Solukon?

Schon seit 2015 entwickelt und fertigt Solukon automatisierte Entpulverungsanlagen. Neben programmierbarer Zweiachsrotation und einer kontrollierten inerten Atmosphäre für reaktive Materialien ist besonders die SPR-Pathfinder Software DAS Feature. Denn die Software berechnet anhand der CAD-Datei des Bauteils automatisch, wie das Bauteil in der Entpulverungsanlage bewegt werden muss.

Wenn dem Bauteil kein Ausfall erlaubt ist, darf auch das Entpulvern keine Kompromisse machen.