Metall 3D-Druck – Optimale Prozessbedingungen sind entscheidend für die Bauteilqualität

Bei der additiven Fertigung von Metallteilen haben die Prozessbedingungen direkten Einfluss auf die Qualität des Endprodukts. Insbesondere dem Gasmanagement kommt beim Metall 3D-Druck eine zentrale Bedeutung zu. Die Regelung der Gasströmung und Überwachung des Feuchtegehaltes in der Druckerkammer kann mithilfe von Luftgeschwindigkeits- und Taupunktsensoren sichergestellt werden.

Metall 3D-Druck – Gasströmung und Feuchte haben Einfluss auf das Endprodukt

Bei den meisten 3D-Druckverfahren wird mithilfe eines Schutzgases – z.B. Argon, Stickstoff oder Helium - eine inerte Atmosphäre im 3D-Drucker erzeugt. Diese sorgt dafür, dass es zu keinen unerwünschten chemischen Reaktionen (z.B. Oxidation) oder einer Verunreinigung des Metallpulvers in der Prozesskammer kommt. 

Gängige Verfahren im Metall 3D-Druck:

Das häufigste Verfahren im Metall 3D-Druck ist das pulverbettbasierte Schmelzverfahren. Eine Energiequelle sintert oder schmilzt ein Metallpulver, das endgültige Bauteil wird schichtweise erzeugt. Auf diesem Prinzip basiert das Direct Metal Laser Sintering (DMLS) oder das Electron Beam Manufacturing (EBM). 

Beim Laserauftragschweißen (LMD) erzeugt ein Laser ein Schmelzband, durch eine Düse wird das Metallpulver aufgebracht. 

Bei der Binder Jetting Technologie wird ein Bindemittel schichtweise auf ein Metallpulver-Bett aufgebracht und ausgehärtet. Im Anschluss wird das Bauteil im Ofen gesintert.  

Lösungen für ein zuverlässiges Gasmanagement: Luftgeschwindigkeitssensoren und Taupunktsensoren

Entscheidend für hochwertige Bauteile aus dem 3D-Drucker sind eine gleichmäßige Gasverteilung sowie eine geringe Feuchtigkeit im Prozessraum. Mit Luftgeschwindigkeits- und Taupunktsensoren können diese Parameter zuverlässig und präzise überwacht werden. 

Überwachung der Gasströmung mittels Luftgeschwindigkeitssensor

Eine stabile Inertgas-Atmosphäre ist für hochwertige Metall 3D-Druckerzeugnisse essenziell. Funktioniert die Gaszufuhr/ Abfuhr nicht richtig, kann dies zu folgenden Problemen führen:
 

  • Die Pulverschicht wir zu dünn oder zu dick aufgetragen
  • Das Pulver wird verwirbelt oder erodiert 
  • Funken / Verunreinigungen können sich auf dem Werkstück absetzen
  • Unzureichender Schutz des Arbeitsbereiches vor O2 und H2; es kommt zur Oxidation
     

Alle genannten Punkte wirken sich negativ auf die Qualität das 3D-gedruckten Bauteils aus. 

Ein Luftgeschwindigkeitssensor - platziert am Gas-Einlasskanal des 3D-Druckers – erfasst selbst geringe Gasströmungen. Die Gaszufuhr kann präzise geregelt werden, um optimale Bedingungen in der Druckerkammer sicherzustellen. Zudem sorgt ein effizientes Gasmanagement für einen geringeren Inertgas-Verbrauch und einen sicheren,  kosteneffizienten Betrieb.

  • EE75 Luftgeschwindigkeitssensor mit abgesetztem Fühler

Vorteile der E+E Luftgeschwindigkeitssensoren:

  • Hohe Messgenauigkeit und Langzeitstabilität
  • Einsetzbar bei einem breiten Luftgeschwindigkeits- und Temperaturbereich
  • Robustes Metallgehäuse für raue Umgebungen
     

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Feuchtegehalt mit Taupunktsensoren überwachen 

Neben der Gasströmung spielt auch die Feuchtigkeit eine zentrale Rolle im 3D-Druckprozess.  
 

  • Feuchtes Metallpulver kann verklumpen
  • Kondensation in der Druckerkammer kann die Bauteileigenschaften beeinträchtigen 
  • Taubildung an den Linsen führt zu Refraktion und strukturellen Mängeln
     

Je nach Größe der Prozesskammer empfiehlt sich der Einsatz von 2 bis 3 Taupunktsensoren zur Überwachung der Material- und Gasfeuchte.

  • EE355 Taupunktsensor

Vorteile der E+E Taupunktsensoren:

  • Exakte Taupunktmessung bei niedrigen Temperaturen (Messbereich bis -60 °Td)
  • Einfache Integration durch Analogausgang oder Modbus RTU-Schnittstelle
  • Kompakte Bauform, robustes Edelstahlgehäuse 
     

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