Bei der additiven Fertigung von Metallteilen ist eine optimale Schutzgasatmosphäre für die Qualität der gedruckten Bauteile von besonderer Bedeutung. Denn die verwendeten Gase sollen durch Verdrängung der Luftgase die Werkstoffe vor der Oxidation schützen.

Das Schutzgas oder auch eine optimale Schutzgasatmosphäre sind eine wesentliche Voraussetzung für ein qualitativ hochwertiges Ergebnis im 3D-Metalldruck. Im Fokus steht dabei die Beständigkeit des Werkstoffs. Soll heißen: während des 3D-Metalldrucks müssen jegliche Oxidationsvorgänge als auch Verunreinigungen ausgeschlossen werden. Ist dies nicht der Fall, so wird das finale Produkt für eine Weiterverarbeitung unbrauchbar.

Schnellere Materialermüdung

Eine optimale und stabile Schutzgasatmosphäre muss dafür sorgen, dass der Sauerstoff- und Feuchtigkeitsanteil extrem niedrig ausfällt. So können Schwankungen der Gasatmosphäre Abweichungen bei den mechanischen Eigenschaften oder der chemischen Zusammensetzung der Endprodukte hervorrufen. Das kann beispielsweise zu einer schnelleren Materialermüdung führen.

Möglichst reine Atmosphäre

Zudem sollen Querempfindlichkeiten mit anderen Gasen zuverlässig ausgeschlossen und ein konstanter Sauerstoffgehalt während des gesamten Druckprozesses aufrechterhalten werden. Auf diese Weise lässt sich die in der Industrie geforderte Reproduzierbarkeit der Endprodukte deutlich optimieren. „Die Atmosphäre muss natürlich möglichst rein sein“, betont Dirk Kampffmeyer, Experte für Schweißen und Additive Fertigungsverfahren bei Messer. „Das reinste Gas hilft nichts, wenn die Peripherie wie zum Beispiel die Zuleitungen nicht in Ordnung oder verunreinigt sind.“

Wenn beispielsweise in einem Pulverbett gedruckt wird, kann es den Druckvorgang beinträchtigen, wenn die Schläuche für das Schutzgas nicht fachgerecht montiert sind. Bloß: „Die Verarbeitungsqualität der Schläuche ist herstellerabhängig“, so Kampffmeyer.

„Somit kann auch nicht immer die beste Qualität der Gase und ein idealer Druckvorgang gewährleistet werden. Indem man die Zuleitungen überprüft und optimiert, kann man schon einiges an der angestrebten Qualität der Gase verbessern. Man erhält meist gleich ein saubereres Gas im Bauraum. Oftmals werden auch der Werkstoff oder das Pulver nicht sachgemäß behandelt“, warnt Kampffmeyer vor einem sorglosen Umgang mit den Materialien.

Das gilt vor allem für den Werkstoff Aluminium, der schwer zu drucken ist, weil er viele Fremdpartikel im Pulver als auch Feuchtigkeit und Oxyde enthält. Um die Qualität kontinuierlich zu gewährleisten, müssen manche Pulver permanent in einer Schutzgasatmosphäre gelagert werden.

Hierfür kommen spezielle Behälter mit Schutzgas zum Einsatz. Beim 3D-Druck eines Bauteils werden je nach Verfahren Schutzgase, Trägergase und Gase zum Kühlen unterschieden. Welches Gas mit welcher Reinheit benötigt wird, hängt bei den meisten Druckverfahren wiederum vom Werkstoff ab.

Forschung und Entwicklung

Messer nimmt bei der Erforschung von Industriegasen für additive Anwendungen eine impulsgebende Rolle ein. In den Labors werden die Effekte unterschiedlicher Gase auf die verschiedenen Arten von Metallpulvern untersucht. Die daraus entstehenden Forschungsergebnisse sollen eine Basis für weitere Optimierungen des 3D-Druckprozesses bilden.

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