Funkenspektrometer für die additive Fertigung von Metallen

Additive Fertigungsverfahren, bzw. der 3D-Druck, haben die Herstellung von Bauteilen revolutioniert. Die Möglichkeit, Metall- oder Kunststoffkomponenten schichtweise aufzubauen, erlaubt die Herstellung komplexer Formen mit engen Toleranzen. Das stellt einen Vorteil gegenüber subtraktiven Verfahren dar, bei denen Materialien aus einem größeren Teil gewonnen werden, wie etwa beim Drehen oder Fräsen. Verfahren wie das direkte Metall-Laser-Sintern (DMLS) und das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) ermöglichen Produktingenieuren, komplizierte Komponenten zu entwerfen, die mit herkömmlichen subtraktiven Verfahren nicht umsetzbar oder zu teuer wären.

Ein weiterer Vorteil der additiven Fertigung besteht darin, dass Prototypen einfach und kostengünstig erstellt werden können, ohne dass spezielle Werkzeuge oder die Einrichtung einer kostspieligen Produktionsserie notwendig sind. So fällt weniger Abfall an, was sich positiv auf das Kostenverhältnis bei der Herstellung von Einzelstücken oder Kleinserien auswirkt.

Insbesondere bei der additiven Fertigung von Metallen hat der Schritt vom Prototype zum zuverlässigen Produktionsmittel einige Herausforderungen für den 3D-Druck mit sich gebracht. Bei der Fertigung komplexer Formen für empfindliche Anwendungen in Bereichen, in denen es zu keinem Ausfall von Komponenten kommen darf, wird die Pulverbettfusionstechnik angewendet. Hierzu gehören Komponenten, die in der Chirurgie zur Implantation in den Körper verwendet, oder die bei Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden. Dies sind Bereiche, in denen Teile nicht versagen dürfen.

Warum sind Zertifizierung und chemische Analyse so wichtig?

Bei der Herstellung von Metallteilen muss die Zusammensetzung des Metallpulvers stimmen, damit das Endprodukt die richtigen Eigenschaften aufweist. Das dient nicht nur zur Erfüllung von Spezifikationen und dem Vermeiden von Mängeln, sondern auch um den geltenden lokalen und überregionalen gesetzlichen Vorschriften zu entsprechen. Dabei ist es nicht immer offensichtlich, was notwendig ist, um die Anforderungen zu erfüllen, die entsprechenden Verfahren zur Konformitätsbewertung durchzuführen und die erforderliche Zertifizierung zu erhalten.

Jede Charge Rohpulver sollte anhand von diversen Testverfahren auf chemische Zusammensetzung und gleichmäßige Partikelgrößenverteilung überprüft werden. Auch bei intensiver Reinigung des Druckers kann eine Materialvermischung nicht ausgeschlossen werden, was zu untypischen Produkten führen kann. Sie sollten sich also auf das Zertifikat des von Ihnen gekauften Pulvers verlassen, um die Qualität sicherzustellen. Ebenso gilt es sicherzustellen, dass das Pulver auch nach dem 3D-Druck den Spezifikationen entspricht.

Ebenfalls ist zu beachten, dass das wiederholte Recyceln von Pulver über mehrere Druckvorgänge hinweg den Prozess für externe Verunreinigungen anfällig macht, insbesondere wenn die Pulversorten ausgewechselt werden. Gase können ebenfalls Kontamination verursachen, wenn sich zum Beispiel Sauerstoff im Pulver ansammelt und die chemische Zusammensetzung oder die Materialeigenschaften beeinträchtigt. Auch das 3D-Metalldruckverfahren an sich kann zu Defekten beitragen.

Um eine Verunreinigung des fertigen Teils zu vermeiden, ist es also wichtig, sowohl das Rohpulver vor dem Druck zu überprüfen als auch die Zusammensetzung des fertigen Teils vor dem Versand zu kontrollieren. So können die Ausschussrate gesenkt und die Ausbeute erhöht werden, um die Vorteile der additiven Fertigung optimal zu nutzen. Und genau hier kann die Funkenspektroskopie ein wichtiger Partner sein.

Optische Emissionsspektrometrie – bewährte Technik für neue Anwendungen

Die optische Emissionsspektroskopie oder auch Funkenspektrometrie eignet sich hervorragend für die Messung von 3D-gedruckten Komponenten. Diese Methode der Elementanalyse wird seit Jahrzehnten eingesetzt und gilt als die führende Methode bei der Analyse von Metallen und Legierungen in der Metallurgie. Funkenspektrometer werden für die lückenlose Qualitätskontrolle in der Metallverarbeitung eingesetzt, von der Analyse der Begleitelemente in Metallschrott, über die Überprüfung eingehender Materialien und des Schmelzprozesses, bis hin zu Warenausgangskontrolle und Fertigung.

Als eine der weltweit umsatzstärksten und arbeitsintensivsten Industrien ist die Eisen- und Stahlbranche von besonderer Bedeutung. Unsere OE-Serie ist eine jüngst entwickelte Reihe optischer Emissionsspektrometer für die Analyse von Stahl und eisenhaltigen Materialien. Mit seiner neuen Sensortechnik bietet der OE750 herausragende Leistungen in der Metallanalyse. Es ermöglicht die Analyse von Stählen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt, die Überwachung des Stickstoffgehalts in Stahl- und Eisengussprozessen sowie die Bestimmung anderer Spurenelemente für diese Anwendungen. Für den 3D-Metalldruck kann der OE750 unerwünschten Sauerstoff wesentlich schneller und günstiger im Vergleich zu Verbrennungsanalyse ermitteln.

Weitere Informationen in unserem Leitfaden

Dr. Maryam BeigMohamadi, Application Scientist OES, und Michael Molderings, Produktmanager OES, haben einen ausführlichen Leitfaden zusammengestellt, der eine Übersicht darüber bietet, wie eine optimale Lösung für die Qualitätskontrolle in der additiven Fertigungsprozesses aussehen könnte.

Der Leitfaden beinhaltet

• die Funktionsweise von OES,
• die Durchführung von Offline-Messungen,
• warum Sauerstoff ein wichtiger Prozessparameter ist,
• die Anforderungen an das Spektrometer,
• Beispielmessungen von Druckproben,
• und eine Fallstudie über die Samson AG.

Testen Sie uns: Wir analysieren Ihre Proben

Falls Sie Probleme bei der Qualitätskontrolle Ihrer Druckerzeugnisse haben oder diesen vermeiden möchten, beraten wir Sie gerne, um die beste Lösung für Ihr Unternehmen zu finden. Schicken Sie gerne Ihre Proben ein und lassen Sie eine Probeanalyse erstellen, um herauszufinden, ob unsere Geräte für Ihre Anforderungen geeignet sind.

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