Pulvermetallurgie

Die Pulvermetallurgie ist eine Schlüsseltechnologie für die Herstellung hochwertiger metallischer Werkstoffe und Bauteile. Ob klassische Press- und Sintertechnik, moderne additive Fertigung, metallischer 3D-Druck oder die Herstellung spezieller Legierungen: Die Qualität des eingesetzten Metallpulvers beeinflusst maßgeblich die Stabilität und Reproduzierbarkeit der nachfolgenden Produktionsprozesse.

Eine zentrale Rolle spielt dabei die Aufbereitung von Metallpulvern. Metallpulver müssen gemischt, homogenisiert, gegebenenfalls mit Additiven versetzt, benetzt oder getrocknet und anschließend zuverlässig dem nächsten Prozessschritt zugeführt werden.

Die Anforderungen an einen Industriemischer für Metallpulver gehen deshalb weit über das einfache Vermengen verschiedener Pulver hinaus. Eine moderne Mischtechnik für die Pulvermetallurgie muss hohe Homogenität mit Produktschonung, reproduzierbaren Pulvereigenschaften und einer kontrollierten Prozessführung verbinden.

Für GloMix bildet genau dieses Zusammenspiel die Grundlage der Prozessentwicklung. Mit dem Glaxiaris® steht eine Lösung für anspruchsvolle industrielle Pulverprozesse im Mittelpunkt.

Unter Pulvermetallurgie werden Verfahren zusammengefasst, bei denen metallische Werkstoffe in Pulverform verarbeitet werden. Ausgangspunkt sind Metallpulver, Metallpulvermischungen oder speziell formulierte Pulverrezepturen.

Je nach Anwendung werden diese Pulver anschließend beispielsweise verdichtet und gesintert oder für additive Fertigungsverfahren eingesetzt.

Typische Metallpulver basieren unter anderem auf:

• Eisen und Eisenlegierungen
• Edelstahl
• Titan und Titanlegierungen
• Nickel und Nickellegierungen
• weitere metallischen Legierungssystemen.

Zusätzlich können Legierungselemente, Additive, Fließhilfen oder Verdichtungshilfen Bestandteil einer Metallpulvermischung sein.

Die Herstellung homogener Metallpulvermischungen ist deshalb ein wesentlicher Prozessschritt der Pulvermetallurgie. Denn nur wenn die einzelnen Komponenten ausreichend gleichmäßig verteilt sind, können nachfolgende Prozesse unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden.

Wer Metallpulver mischen möchte, muss zahlreiche Materialeigenschaften berücksichtigen. Metallpulver unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung. Auch Partikelgröße, Partikelform, Schüttdichte, Oberflächenbeschaffenheit und Fließfähigkeit können erheblich variieren.

Ein industrieller Pulvermischer für Metallpulver muss diese unterschiedlichen Eigenschaften berücksichtigen.

Die zentrale Aufgabe besteht darin, aus mehreren Ausgangskomponenten ein möglichst homogenes Pulvergemisch herzustellen. Gleichzeitig soll die ursprüngliche Pulvercharakteristik möglichst kontrolliert erhalten bleiben.

Damit entstehen mehrere Anforderungen gleichzeitig:

• Metallpulver homogenisieren, ohne unnötige Partikelbeanspruchung zu erzeugen.
• Additive in Metallpulver einmischen, ohne lokale Über- oder Unterkonzentrationen zu verursachen.
• Unterschiedliche Partikelgrößen und Schüttdichten verarbeiten, ohne eine unerwünschte Entmischung des Metallpulvers zu begünstigen.
• Die gewünschte Mischqualität erreichen, ohne Fließfähigkeit, Schüttdichte oder Partikelstruktur unnötig zu verändern.

Diese Anforderungen machen die Mischtechnik für Metallpulver zu einem wichtigen Bestandteil der gesamten pulvermetallurgischen Prozesskette.

Die Partikelgröße von Metallpulver ist eine wichtige Einflussgröße für zahlreiche Verarbeitungseigenschaften.

Sie beeinflusst unter anderem:

• Fließfähigkeit
• Schüttdichte
• Packungsverhalten
• Verdichtungsverhalten
• Mischverhalten
• Entmischungsneigung

Besonders anspruchsvoll sind Metallpulvermischungen mit unterschiedlichen Partikelgrößen.

Feine Pulverbestandteile können sich anders bewegen als gröbere Partikel. Gleichzeitig besitzen feine Partikel eine größere spezifische Oberfläche und können dadurch ein anderes Haftungs- und Fließverhalten aufweisen.

Ein geeigneter Mischer für Metallpulver muss deshalb nicht nur die chemische Zusammensetzung einer Rezeptur berücksichtigen, sondern auch die physikalischen Eigenschaften der beteiligten Partikel.

Die Schüttdichte von Metallpulver beschreibt das Verhältnis zwischen der Masse des Pulvers und dem von der Pulverschüttung eingenommenen Volumen.

Sie ist für zahlreiche industrielle Prozesse relevant. Verändert sich die Partikelstruktur während der Pulveraufbereitung, können sich auch Packungsverhalten und Schüttdichte verändern.

Dies kann beispielsweise für Dosierprozesse relevant sein. Bei einer volumetrischen Dosierung kann eine veränderte Schüttdichte dazu führen, dass trotz gleichem Dosiervolumen unterschiedliche Pulvermassen verarbeitet werden.

Eine kontrollierte Metallpulver-Aufbereitung verfolgt deshalb nicht ausschließlich das Ziel einer hohen Homogenität. Auch die reproduzierbare Pulvercharakteristik ist von Bedeutung.

Die Fließfähigkeit von Metallpulvern ist eine weitere zentrale Produkteigenschaft.

Metallpulver müssen innerhalb einer industriellen Produktionsanlage transportiert, ausgetragen, dosiert und verteilt werden können. Unzureichende oder schwankende Fließeigenschaften können die Stabilität nachfolgender Prozesse beeinträchtigen.

Die Fließfähigkeit hängt unter anderem von folgenden Eigenschaften ab: Partikelgröße, Partikelform, Oberflächenstruktur, Feinanteil und Feuchtigkeit.

Auch die vorherige mechanische Behandlung des Pulvers kann das Fließverhalten beeinflussen.

Wer Metallpulver industriell mischt, sollte deshalb nicht ausschließlich die Mischgüte betrachten. Ebenso wichtig ist die Frage, welche Eigenschaften das Pulver nach dem Mischprozess besitzt.

Ein leistungsfähiger Pulvermischer für Metallpulver muss somit die gewünschte Homogenität mit einer kontrollierten Produktbeanspruchung verbinden.

Eine der zentralen Herausforderungen beim Mischen von Metallpulvern ist die Entmischung.

Selbst ein zunächst homogenes Pulvergemisch kann sich aufgrund unterschiedlicher Partikelgrößen, Dichten oder Fließeigenschaften wieder separieren.

Eine Entmischung von Metallpulver kann sowohl während des Mischens als auch anschließend auftreten.

Kritische Prozessschritte sind beispielsweise:

• Austrag aus dem Pulvermischer
• Befüllen von Behältern
• Förderung
• Zwischenlagerung
• Dosierung
• Beschickung einer Produktionsanlage

Aus diesem Grund muss die gesamte Prozesskette betrachtet werden.

Das Ziel besteht nicht ausschließlich darin, ein homogenes Metallpulver im Mischer zu erzeugen. Der homogene Zustand sollte möglichst bis zur eigentlichen Weiterverarbeitung erhalten bleiben.

Viele Metallpulver sind abrasiv.

Während der Verarbeitung können Metallpulver Mischwerkzeuge und produktberührte Anlagenflächen mechanisch beanspruchen.

Der Verschleiß beim Mischen von Metallpulver ist sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus qualitativer Sicht relevant.

Erhöhter Verschleiß kann Wartungsintervalle verkürzen und die Lebensdauer einzelner Komponenten reduzieren. Gleichzeitig muss berücksichtigt werden, dass Materialabrieb von produktberührten Anlagenkomponenten potenziell in das Pulver gelangen kann.

Bei einer Mischanlage für abrasive Pulver müssen deshalb Werkstoffauswahl, Konstruktion, Prozessgeschwindigkeit und gegebenenfalls Verschleißschutzmaßnahmen gemeinsam betrachtet werden.

Gerade bei hochwertigen Metallpulvern und anspruchsvollen Legierungen ist die Kontrolle von Abrieb und Verschleiß ein wichtiger Bestandteil der Prozessauslegung.

Das Pressen und Sintern von Metallpulver gehört zu den klassischen Verfahren der Pulvermetallurgie.

Zunächst wird das aufbereitete Metallpulver in eine Form eingebracht und verdichtet. Anschließend wird der entstandene Pressling thermisch behandelt.

Während des Sinterprozesses entstehen Bindungen zwischen den einzelnen Pulverpartikeln und die gewünschten Werkstoffeigenschaften bilden sich aus.Bereits die vorgelagerte Metallpulver-Aufbereitung beeinflusst diesen Prozess.

Eine homogene Verteilung von Legierungskomponenten und Additiven unterstützt reproduzierbare Bedingungen beim Verdichten und Sintern. Auch die Fließfähigkeit des Pulvers ist relevant, da eine gleichmäßige Formbefüllung erforderlich ist.

Die pulvermetallurgische Prozesskette lässt sich deshalb vereinfacht darstellen als: Metallpulver → Pulver mischen → Pulver homogenisieren → Dosieren → Pressen → Sintern → Bauteil

Jede Prozessstufe baut auf den Eigenschaften auf, die in den vorherigen Stufen erzeugt wurden.

Eine besonders dynamische Anwendung ist die additive Fertigung mit Metallpulver.

Bei verschiedenen Metall-3D-Druck-Verfahren werden Bauteile schichtweise aus Metallpulver hergestellt. Dadurch entstehen hohe Anforderungen an die Eigenschaften des eingesetzten Pulvers. Insbesondere die reproduzierbare Dosierung und gleichmäßige Verteilung des Metallpulvers sind für stabile Prozesse von Bedeutung.

Bei der Aufbereitung von Metallpulver für additive Fertigung sind deshalb insbesondere folgende Eigenschaften zu berücksichtigen:

• Partikelgrößenverteilung
• Partikelform
• Fließfähigkeit
• Schüttdichte
• Homogenität
• mechanische Beanspruchung während der Aufbereitung

Die Mischtechnik für Metall-3D-Druck-Pulver muss darauf ausgelegt sein, den gewünschten Mischzustand zu erreichen und gleichzeitig die relevante Pulvercharakteristik zu berücksichtigen.

Der englische Begriff Additive Manufacturing (AM) wird international für additive Fertigungsverfahren verwendet.

Entsprechend werden auch Suchbegriffe wie Metal Powder Mixing, Metal Powder Processing, Powder Mixing for Additive Manufacturing oder Metal Powder Mixer im internationalen Umfeld verwendet.

Für die Prozessentwicklung gelten dieselben grundlegenden Anforderungen: Ein Metallpulver für Additive Manufacturing muss definierte und reproduzierbare Eigenschaften besitzen.

Die vorgelagerte Pulveraufbereitung beeinflusst damit die Voraussetzungen, unter denen der spätere AM-Prozess durchgeführt wird. Besonders relevant sind eine kontrollierte Homogenisierung und die Erhaltung der für den Folgeprozess erforderlichen Pulvereigenschaften.

Pulvermetallurgische Rezepturen können neben dem Basispulver verschiedene Zusatzstoffe enthalten.

Das Einmischen von Additiven in Metallpulver stellt besondere Anforderungen an die Mischtechnik. Je geringer der Anteil eines Additivs ist, desto anspruchsvoller kann seine gleichmäßige Verteilung innerhalb einer großen Pulvercharge werden. Für eine reproduzierbare Produktqualität müssen lokale Konzentrationsunterschiede möglichst gering gehalten werden.

Die Dosierung von Additiven, deren Eintrag in den Pulvermischer und die anschließende Homogenisierung bilden deshalb einen zusammenhängenden Prozess.

Ziel ist eine definierte und reproduzierbare Metallpulvermischung.

Neben dem trockenen Mischen von Metallpulver können auch Flüssigkeiten in den Aufbereitungsprozess eingebracht werden. Beim Benetzen von Metallpulver oder Beschichten von Pulverpartikeln muss die Flüssigkeit möglichst gleichmäßig innerhalb der Pulvercharge verteilt werden. Dabei sollte eine lokale Überdosierung vermieden werden.

Eine ungleichmäßige Flüssigkeitsverteilung kann Agglomerate oder unterschiedliche Feuchtigkeitsbereiche innerhalb der Charge erzeugen.

Der Pulvermischer übernimmt in diesem Prozess daher mehrere Funktionen: Er bewegt das Produkt, verteilt die Flüssigkeit und unterstützt den Kontakt zwischen den verschiedenen Phasen.

Aus einem klassischen Feststoffmischprozess entsteht damit eine kombinierte Pulveraufbereitung mit Flüssigkeitszugabe.

Die Reinigung eines Pulvermischers ist insbesondere bei wechselnden Metallpulvern und Legierungssystemen von Bedeutung. Rückstände vorheriger Chargen müssen kontrolliert entfernt werden können. Schlecht zugängliche Bereiche oder Produktablagerungen erhöhen den Reinigungsaufwand und verlängern Anlagenstillstände.

Damit besitzt die Reinigbarkeit von Mischanlagen für Metallpulver auch einen direkten wirtschaftlichen Einfluss. Kurze Produktwechsel und eine gute Zugänglichkeit können dazu beitragen, die verfügbare Produktionszeit zu erhöhen.

Bei der Auswahl eines Industriemischers für Pulver sollten deshalb Mischqualität, Restentleerung, Reinigung und Wartung gemeinsam betrachtet werden.

Eine industrielle Metallpulver-Aufbereitung muss reproduzierbar funktionieren.

Das bedeutet: Eine einmal erreichte Pulverqualität muss unter definierten Bedingungen auch in nachfolgenden Chargen wieder erreicht werden können. Reproduzierbarkeit betrifft dabei nicht nur die chemische Zusammensetzung.

Relevant sind ebenso:

• Homogenität
• Partikelcharakteristik
• Schüttdichte
• Fließfähigkeit
• Mischzeit
• Dosierbarkeit
• Austragsverhalten

Die entscheidende Zielgröße ist deshalb ein definierter Pulverzustand.

Eine gute Mischtechnik produziert nicht lediglich eine Mischung. Sie erzeugt ein Pulver mit definierten Eigenschaften für den nachfolgenden Produktionsprozess.

Die Auswahl eines geeigneten Industriemischers für Metallpulver sollte anhand des konkreten Produktes und der jeweiligen Prozessaufgabe erfolgen.

Wichtige Fragestellungen sind:

• Wie unterschiedlich sind Partikelgrößen und Schüttdichten?
• Welche Mischgüte wird benötigt?
• Wie empfindlich reagieren die Partikel auf mechanische Belastung?
• Ist das Pulver abrasiv?
• Müssen geringe Additivmengen verteilt werden?
• Ist eine Flüssigkeitszugabe erforderlich?
• Muss das Pulver anschließend getrocknet werden?
• Welche Anforderungen bestehen an Restentleerung und Reinigung?
• Wie häufig wechseln Produkt und Rezeptur?

Diese Parameter bestimmen gemeinsam die Anforderungen an die Mischanlage für Metallpulver.

Eine rein volumenbasierte Betrachtung reicht deshalb für anspruchsvolle pulvermetallurgische Prozesse nicht aus.

Der Glaxiaris® von GloMix ist auf anspruchsvolle industrielle Pulverprozesse ausgerichtet.

Im Bereich der Pulvermetallurgie und Metallpulver-Aufbereitung können insbesondere Anwendungen betrachtet werden, bei denen unterschiedliche Pulverkomponenten reproduzierbar homogenisiert werden müssen.

Zu den relevanten Aufgabenstellungen gehören:

• Metallpulver mischen
• Metallpulver homogenisieren
• Legierungskomponenten mischen
• Additive in Metallpulver einmischen
• Pulver für Press- und Sinterprozesse aufbereiten
• Metallpulver für additive Fertigung aufbereiten
• reproduzierbare Pulvermischungen herstellen

Im Mittelpunkt steht dabei nicht nur die Mischaufgabe selbst. Entscheidend ist der Zustand des Pulvers nach Abschluss des Prozesses.

Insbesondere die Aufbereitung von Metallpulvern für Additive Manufacturing stellt hohe Anforderungen an die Prozessführung.

Metallpulver für den industriellen 3D-Druck benötigen definierte Eigenschaften hinsichtlich Partikelstruktur, Fließfähigkeit, Schüttdichte und Homogenität. Bei der Aufbereitung muss deshalb zwischen Mischintensität und Produktschonung abgewogen werden.

Für GloMix und den Glaxiaris® ist dieser Ansatz von zentraler Bedeutung: Nicht maximale Bewegung, sondern die für das jeweilige Pulver geeignete Prozessführung entscheidet über das Ergebnis.

Damit steht der Glaxiaris® innerhalb der Prozesskette zwischen Ausgangsmaterial und nachfolgendem Fertigungsverfahren.

Eine leistungsfähige Mischanlage für Pulvermetallurgie muss aus Sicht des Gesamtprozesses betrachtet werden.

Das eigentliche Mischen bildet nur einen Abschnitt innerhalb einer längeren Prozesskette: Rohstoff → Dosierung → Metallpulver mischen → Homogenisierung → Austrag → Weiterverarbeitung → Bauteil

Die Qualität jeder einzelnen Prozessstufe beeinflusst die nächste.

Daher steht für GloMix nicht ausschließlich die Frage im Mittelpunkt: „Wie homogen können wir Metallpulver mischen?“

Die entscheidende Frage lautet: „Welchen Pulverzustand benötigt der nächste Produktionsschritt und wie lässt sich dieser reproduzierbar erzeugen?“

Genau an dieser Schnittstelle zwischen Pulvertechnologie, Mischtechnik und Prozessentwicklung ist der Glaxiaris® positioniert.

Die Pulvermetallurgie stellt hohe Anforderungen an die Qualität und Reproduzierbarkeit von Metallpulvern.

Ob Metallpulver für Sintern, Metallpulver für additive Fertigung, Metallpulver für 3D-Druck oder komplexe Legierungsmischungen: Die vorgelagerte Pulveraufbereitung beeinflusst maßgeblich die Bedingungen der weiteren Verarbeitung.

Zu den wichtigsten Anforderungen gehören: Metallpulver homogen mischen, Entmischung vermeiden, Partikel schonend behandeln, Fließfähigkeit erhalten, Schüttdichte kontrollieren, Additive gleichmäßig verteilen sowie Pulver zuverlässig austragen und weiterverarbeiten.

Damit ist die Mischtechnik für Metallpulver ein wesentlicher Bestandteil einer stabilen pulvermetallurgischen Prozesskette. GloMix setzt mit dem Glaxiaris® an dieser Schnittstelle an: bei der kontrollierten Aufbereitung anspruchsvoller Pulver und der Entwicklung reproduzierbarer industrieller Pulverprozesse.

GloMix – Mischtechnik für anspruchsvolle Pulver.
Glaxiaris® – Pulveraufbereitung für reproduzierbare Prozesse.

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