In den letzten Jahren hat sich die Metall-3D-Drucktechnologie rasant weiterentwickelt. Allerdings sind Pulververbrauchsmaterialien im Bereich des industriellen 3D-Drucks immer noch einer der wichtigen Faktoren, die den großtechnischen Einsatz dieser Technologie einschränken. Das Plasma-Rotationszerstäubungsverfahren ist eine der idealen Methoden zur Herstellung hochreiner Metallpulvermaterialien. Im November 2017 wurde die Produktionslinie für die Plasma-Rotationselektrodenzerstäubung (PERP) von Zhejiang Yatong Welding Materials Co., Ltd. erfolgreich debuggt und in Produktion genommen. Diese Produktionslinie verfügt nicht nur über eine hohe Pulverherstellungseffizienz, sondern produziert auch eine hervorragende Pulverqualität und verfügt über starke Möglichkeiten zur Pulveranpassung.
Schematische Darstellung einer Plasma-Zerstäubungsanlage mit rotierender Elektrode
Schematische Darstellung des Zerstäubungsmechanismus der rotierenden Plasmaelektrode
Der Plasma Rotating Electrode Process (PREP) ist eine Methode, die eine Hochleistungs-Plasmapistole verwendet. Metall- oder Legierungsstäbe sind verbrauchbare Elektroden. Die Elektrodenstäbe rotieren mit ultrahoher Geschwindigkeit und die Enden werden zu einem Flüssigkeitsfilm geschmolzen. Die Zentrifugalkraft nimmt allmählich zu überwindet die Viskosität der geschmolzenen Metallschicht und erhält unter Einwirkung von Zentrifugalkraft und Oberflächenspannung eine effiziente Pulverherstellungsmethode. Der größte Vorteil der PREP-Technologie besteht darin, dass bei der Pulveraufbereitung keine Tiegel und Keramikdüsen erforderlich sind und somit eine Sekundärverschmutzung während der Pulveraufbereitung vermieden wird.
Die erfolgreiche Inbetriebnahme der PERP-Produktionslinie der Yatong Welding Materials Company erweitert nicht nur die eigenen Pulverproduktionskapazitäten erheblich, sondern trägt auch zur Lokalisierung hochwertiger kugelförmiger Pulver für den 3D-Druck bei. Derzeit wurden große Durchbrüche bei der Herstellung von Hochleistungs-Hochtemperaturlegierungspulvern wie In718, CoCrMo und GH99 erzielt.
Am Beispiel von In718 sind die Eigenschaften der Pulverherstellung durch Plasma-Rotationszerstäubung:
(1) Die Partikelgrößenverteilung des Pulvers ist konzentrierter
Partikelgrößenverteilung von Legierungspulver, hergestellt durch Plasma-Rotationszerstäubung
Die Partikelgröße des durch Gaszerstäubung hergestellten In718-Legierungspulvers liegt hauptsächlich bei 10–150 Mikrometern, während die durch Plasmarotationszerstäubung hergestellte Partikelgröße hauptsächlich bei 53–150 Mikrometern liegt.
(2) Das Pulver hat eine höhere Sphärizität, kein hohles Pulver und keine Satellitenkugeln
Morphologie von In718-Pulver, hergestellt durch Aerosolisierung
Morphologie von In718-Pulver, hergestellt durch Plasma-Rotationszerstäubung
Die Sphärizität von In718-Legierungspulver, das durch Plasma-Rotationszerstäubung hergestellt wird, ist viel besser als die von In718-Legierungspulver, das durch Gaszerstäubung hergestellt wird, und es gibt keine Satellitenkugeln.
Querschnitt eines durch Aerosolisierung hergestellten In718-Pulvers
Querschnitt eines durch Plasmarotationszerstäubung hergestellten In718-Pulvers
Im Allgemeinen gilt: Je gröber das Pulver, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Hohlpulver. Das 100–150 Mesh In718-Legierungspulver, das durch Plasmarotationszerstäubung von Yatong-Schweißmaterialien hergestellt wird, enthält kein Hohlpulver.
(3) Das Pulver weist eine hohe Reinheit und einen niedrigen Sauerstoffgehalt auf
Beim Plasma-Rotationszerstäubungsprozess gibt es kein Schmelzen im Tiegel und keinen Hochgeschwindigkeitsluftstrom zum Aufbrechen des geschmolzenen Metalls. Daher ist das durch PREP hergestellte Legierungspulver sehr sauber und der Sauerstoffgehalt von In718-Pulver kann innerhalb von 100 ppm kontrolliert werden.
(4) Vorteile der Plasma-Rotationszerstäubung in der additiven Fertigung im 3D-Druck
- A) Das Pulver ist fest und es entstehen keine Luftspalte, Einroll- und Niederschlagsporen, Risse und andere Defekte, die durch Hohlkugeln während des Druckvorgangs verursacht werden.
- B) Die Größenverteilung der Pulverpartikel ist eng, es gibt weniger/keine Sphäroidisierung und Agglomeration während des Druckvorgangs, die Oberflächengüte ist höher und die Konsistenz und Gleichmäßigkeit des Drucks kann vollständig garantiert werden;
- C) Das Pulver hat eine hohe Sphärizität, gute Fließfähigkeit, eine hohe Schüttdichte und die Druckprodukte haben eine höhere Dichte;
- D) Das Pulver weist eine gute Fließfähigkeit, eine gute Pulververteilung und Druckgleichmäßigkeit sowie eine gleichmäßige Pulverzufuhr und einen gleichmäßigen Druck auf.
- E) Das Pulver hat einen niedrigen Sauerstoffgehalt, eine geringe Oberflächenaktivität, eine gute Benetzbarkeit, eine geringe/keine Sphäroidisierung und einen guten Schmelzeffekt.
Zhejiang Yatong Welding Materials Co., Ltd. ist mit dem Zhejiang Metallurgical Research Institute Co., Ltd. verbunden und hat seinen Sitz im West Lake Science and Technology Park in Hangzhou. Es ist ein nationales High-Tech-Unternehmen, das sich auf Forschung, Entwicklung und Produktion spezialisiert hat von Metallpulvern. Das Unternehmen verfügt derzeit über ein nationales und lokales gemeinsames Labor für Hartlötmaterialien und -technologie, eine nationale Postdoktoranden-Forschungsstation, ein Schlüssellabor für Hartlötmaterialien und -technologie der Provinz Zhejiang und ein Schlüsselinstitut für Unternehmensforschung der Provinz Zhejiang. Das umfangreiche theoretische Wissen und die langjährige praktische Erfahrung des Axiata-Teams haben Axiatas führende Position in der Pulverherstellungsbranche begründet. Zhejiang Yatong Welding Materials Co., Ltd. widmet sich der Forschung, Entwicklung und Lokalisierung hochwertiger kugelförmiger Metallpulvermaterialien für den 3D-Druck. Das Unternehmen ist außerdem mit mehreren Sätzen Vakuumschmelzöfen, Zwischenfrequenzschmelzöfen und Vakuumluft ausgestattet Komplette Zerstäubungsausrüstung und Tiegelfreie Gaszerstäubung. Kompletter Satz Zentrifugalzerstäubungsausrüstung, erfolgreich entwickelter Edelstahl 316L, 304L, 17-4PH, M2, D2, H13, 30Cr3, 18Ni300 (MS1), AlSi10Mg, AlSi12, IN718, CoCrMo, TC4 usw., geeignet für selektives Laser-/Elektronenstrahlschmelzen, Metallpulver für Netzformungs- und Plattierprozesse.
