Pulverbettfusion
Das Verfahren basiert darauf, dass ein dünn aufgetragenes Pulverbett lokal und selektiv aufgeschmolzen wird. Die Energieeinbringung erfolgt typischerweise durch einen Laserstrahl oder einen Elektronenstrahl. Nur die Bereiche, die zum Bauteil gehören, werden verfestigt; das umgebende Pulver bleibt lose und dient als Stützmaterial.
Nach dem Erstarren wird eine neue Pulverschicht aufgebracht. Dieser Zyklus wiederholt sich, bis das dreidimensionale Bauteil vollständig aufgebaut ist. Die Geometrie entsteht direkt aus einem digitalen 3D‑Modell (CAD‑Daten, in Schichten zerlegt).
Pulverbettfusion wird vor allem für Metalle und Kunststoffe eingesetzt. Typische metallische Werkstoffe sind Aluminium‑, Stahl‑, Titan‑ und Nickelbasislegierungen; bei Kunststoffen werden häufig Polyamide verwendet.
Ein zentrales Qualitätsmerkmal ist das Pulverbett selbst. Partikelgröße, Partikelform, Partikelgrößenverteilung und Fließfähigkeit bestimmen die Schichtqualität. Nur ein gleichmäßig verteiltes, homogenes Pulverbett ermöglicht reproduzierbare Bauteileigenschaften.
Auch die Sauerstoffkonzentration im Bauraum ist entscheidend. Metallische Pulver reagieren bei hohen Temperaturen sehr schnell mit Sauerstoff. Deshalb wird die Pulverbettfusion meist unter Schutzgasatmosphäre oder in inertisierten Prozesskammern durchgeführt.
Die Dichte und Festigkeit der Bauteile hängen stark vom lokalen Energieeintrag ab. Eine vereinfachte Kenngröße ist die volumenspezifische Energiedichte
Ev = P/(v⋅h⋅t)
- P ist die Strahlleistung
- V ist die Scangeschwindigkeit
- H ist der Spurabstand
- T is die Schichtdicke.
Die Pulverbettfusion stellt hohe Anforderungen an die Pulveraufbereitung. Pulver müssen trocken, homogen, frei fließend und reproduzierbar beschaffen sein. Alterung, Agglomeration und Oxidation verschlechtern die Prozessstabilität und die Bauteilqualität.
Pulveraufbereitung, Pulverbenetzung, Trocknung und Inertisierung sind daher eng mit der Pulverbettfusion verknüpft. Sie beeinflussen direkt die erreichbare Bauteilqualität und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.