Powder Genetics® ist ein von der IABG entwickeltes Verfahren zur Charakterisierung von metallischen und keramischen Pulvern für sämtliche pulvermetallurgische Herstellverfahren. Vier leistungsfähige Untersuchungsmethoden ermöglichen die qualitative und quantitative Bestimmung elementarer Pulvereigenschaften anhand geringer Pulvermengen (20 – 50 g) mit einer maximalen Informationstiefe.
Durch Kombination der ineinandergreifenden und komplementären Methoden lassen sich für Korrelationszwecke Querverbindungen zwischen den Merkmalsgrößen aufzeigen.
Powder Genetics® ist ein ganzheitlicher Ansatz zur nachhaltigen Pulvercharakterisierung, der zuverlässige Resultate liefert. Diese können sowohl auf den Fertigungsprozess übertragen werden, als auch eine Korrelation mit der erzeugten Bauteilqualität ermöglichen. Als integrierte Komponente einer AM-Datenbank bildet Powder Genetics® die Grundlage für Optimierungs-, Korrelations- und Stabilisierungszwecke innerhalb der Prozesskette der additiven Fertigung.
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| Beschreibung | Bemerkung | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Makroskopische Untersuchung | Grobe Einschätzung nicht akzeptabler Merkmale wie sichtbare Verfärbungen und Feuchtigkeit | Dreidimensionale Betrachtung, rein qualitativ, effizient | Pulver kann in einem frühem Stadium zurückgestellt werden | |||
| Chemische Analyse | ||||||
| a) Röntgenfluoreszenzanalyse | Chemische Zusammensetzung | Vollumfängliche Spektren der enthaltenen Elemente, qualitative und quantitative Daten | Das Pulvermaterial kann auf Grund strikter Akzeptanzkriterien in einem frühen Stadium abgelehnt werden | |||
| b) Trägergasheißextraktion | Ermittlung der Gehalte an H, N, O, C, S | |||||
| c) Coulometrische Karl-Fischer-Titration | Wassergehalt | |||||
| Rasterelektronenmikroskopie | Topografie, Morphologie, Kontamination | Zweidimensionale Betrachtung, qualitativ, Bewertung erfolgt über Referenzabbildungen | CT-Auflösung und Bewertungskriterien für die Sphärizität werden aus den Ergebnissen der REM-Untersuchung gewonnen | |||
| Computertomografie | Partikelgröße und Verteilung, Morphologie, Oberfläche, Partikelvolumen, Hohlräume, höherdichte Partikel | Dreidimensionale Betrachtung elementarer Kenngrößen, quantitativ | Statistische Verifizierung auf Grund hoher Anzahl gescannter Partikel (10e5) | |||
Die Sichtprüfung erlaubt eine schnelle und äußerst effiziente Erkennung grober Anomalien im Pulverwerkstoff. Die folgenden Eigenschaften werden mit spezifizierten Kriterien abgeglichen, um eine effiziente Bewertung zu ermöglichen:
Die chemische Zusammensetzung eines Pulverwerkstoffs bildet einen wesentlichen Aspekt der Pulvercharakterisierung. Der Gehalt an spezifizierten Elementen, Verunreinigungen, Kontamination und der Gehalt an hochreaktiven leichten Elementen spielt für die Prozessierbarkeit des Pulvers eine entscheidende Rolle. Die Ergebnisse der Untersuchung werden zur Qualitätssicherung über einen Soll- / Ist-Vergleich bewertet. Dies ist ein effizienter Ansatz, um Zeit und Kosten einzusparen, da zu einem frühen Zeitpunkt der Untersuchungen eine Entscheidung über die Verwendbarkeit von Pulvern getroffen wird. Auch für gemischte und aufbereitete Pulvermaterialien ist die chemische Analyse von zentraler Bedeutung, um deren Prozessfähigkeit analog zu den verschiedenen Anforderungen an eine resultierende Bauteilqualität festzustellen.
In einer Kapselprobe befinden sich mehr als 10e5 Partikel, die ohne Agglomerate und Konglomerate, vereinzelt dargestellt vorliegen. Die Probenerstellung hat eine hohe Reproduzierbarkeit und erfolgt frei von Artefakten in einer gleichbleibenden Geometrie. Ein hochauflösender Scan mit einer Voxelgröße von bis zu 500 nm ermöglicht die dreidimensionale Betrachtung von elementaren Partikelmerkmalen. Analog zu den REM-Analyseergebnissen erfolgt eine statistisch abgesicherte Auswertung der Partikeleigenschaften mit höchstmöglicher Informationstiefe.
Die Bewertung umfasst einen Soll- / Ist-Vergleich der nachfolgend aufgeführten elementaren Kenngrößen analog zu spezifizierten Vorgaben.
Verunreinigungen von Elementen, die unterhalb der Nachweisgrenze chemischer Analysen liegen oder die in der Materialspezifikation des Pulverwerkstoffs enthalten sind, können im sub-ppm Bereich qualitativ und quantitativ bestimmt werden.
Kontamination in Form von organischen Bestandteilen (z. B. Pinselhaare, Papier, Anteile von Handschuhen) oder anderen niederdichten Elementen werden gravimetrisch ermittelt. Höherdichte Verunreinigungen werden computertomografisch untersucht. Die Verunreinigung wird im Anschluss an die Detektion aus dem Pulver extrahiert und licht- oder rasterelektronenmikroskopisch untersucht, um die jeweilige elementare Zusammensetzung und die Morphologie zu bestimmen. Die Bewertung erfolgt analog zu kundenspezifischen oder allgemeinen Spezifikationen.
Die Rasterelektronenmikroskopie ermöglicht eine qualitative Untersuchung an wenigen (etwa 500) Pulverpartikeln einer Probe. Die Bewertung erfolgt anhand von Kundenvorgaben und /oder Referenzbildern. Informationen zu Oberflächenstrukturen, Subpartikeln und entarteten Partikeln sowie zur Größenverteilung sind wesentlich für die Einschätzung des Fließverhaltens eines Pulvers. Die qualitativen Ergebnisse werden zudem als Eingabe- und Scan-Daten, wie zum Beispiel zur Festlegung der Scanauflösung bei der Computertomografie herangezogen. Die folgenden Merkmale werden qualitativ ermittelt:
Mit dem hochauflösenden Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop und einer energie-dispersiven Mikrobereichsanalyse (EDX) werden Untersuchungen zu Topografie und Morphologie durchgeführt. Ein Feldemitter ermöglicht Vergrößerungen bis zu 500.000 : 1, was einer Auflösung von 0,6 Nanometern auf einer entsprechenden Probenoberfläche entspricht. Zudem können sehr niedrige Beschleunigungsspannungen gewählt werden, die eine Untersuchung nichtleitender Werkstoffe, wie z. B. biologische Proben, Kunststoffe oder Keramiken ermöglichen. Mit insgesamt vier Detektoren werden Untersuchungen und Analysen bei Beschleunigungsspannungen von 0,1 kV bis 30 kV im Sekundärelektronen- und Rückstreuelektronenkontrast durchgeführt.
Die Untersuchungen werden branchen- und werkstoffübergreifend für Halbzeuge, Proben, Bauteile und Komponenten, metallischer und organischer Werkstoffe angeboten.
Anwendungsspektrum
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