Werkstoffe & Legierungen W3D-MAT-36 ISO/ASTM 52900 Validiert

Metallpulver für den 3D-Druck: Gasverdüsung, Morphologie & PSD

Ingenieur-Leitfaden zur Pulverherstellung für LPBF und DED: Vakuum-Induktions-Gasverdüsung (VIGA), Plasmazerstäubung (PREP), Partikelgrößenverteilung (PSD) und Sphärizität.

Stand: 2026-03-24 Lesezeit: 10 min Fachredaktion Additive Fertigung
Executive Summary & Technische Kernaussagen Normativer Status: Valide

Die Qualität jedes additiv gefertigten Bauteils im Pulverbettverfahren (LPBF) oder Pulver-DED wird primär von der Beschaffenheit des Rohstoffpulvers diktiert. Partikelmorphologie (Sphärizität), Partikelgrößenverteilung (PSD), Fließfähigkeit (Hall-Flow) und chemische Gasreinheit entscheiden über Schichtauftrag, Schmelzbadruhe und Restporosität. Modernste Zerstäubungsverfahren – von der Vakuum-Induktions-Gasverdüsung (VIGA) über tiegelfreie Elektroden-Induktions-Gasverdüsung (EIGA) bis hin zur Plasmazerstäubung (PREP) – stellen hochsphärische, satellitenfreie Pulver nach ASTM B213 und ASTM B822 her.

  • Hochsphärische Partikel ohne Satelliten gewährleisten homogene Schüttdichte und fehlerfreien Schichtauftrag.
  • PSD-Standards: 15 bis 53 µm für LPBF-Pulverbetten, 45 bis 150 µm für Laser-DED und PTA-Auftragschweißen.
  • Tiegelfreies EIGA- und PREP-Verfahren verhindert keramische Oxideinschlüsse bei Titan und Refraktärmetallen.
  • Gasporosität im Pulverkorn (Hohlkugeln durch eingeschlossenes Argon) führt direkt zu Bauteilmikroporen.
LPBF-Fraktion
15 - 53 µm (D10=18, D90=50)
DED-Fraktion
45 - 150 µm
Sphärizität (Aspect Ratio)
> 0.90 - 0.95
Prüfnormen
ASTM B213 / B822 / F3049

Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich

ISO/ASTM 52900
Verfahren Vakuum-Gasverdüsung (VIGA) Elektroden-Gasverdüsung (EIGA) Plasma-Rotationszerstäubung (PREP)
Schmelzführung Keramik-Tiegel (Induktion) Tiegelfrei (Stangenelektrode) Tiegelfrei (rotierende Stange + Plasma)
Metallreinheit Sehr gut (Edelstahl, Ni-Basis) Höchste Reinheit (Titan, Zr) Absoluteste Reinheit (keine Keramik)
Sphärizität Gut bis sehr gut (einige Satelliten) Sehr gut (hohe Sphärizität) Perfekt kugelförmig (satellitenfrei)
Innere Pulverporosität Geringe Gasblaseneinschlüsse Sehr gering Nahezu 0 % (hohlraumfrei)
Herstellkosten Wirtschaftlich / Standard Gehoben Sehr hoch / Spezialpulver
01

Verdüsungstechnologien: VIGA vs. EIGA vs. Plasma

Bei VIGA schmilzt die Legierung in einem Keramiktiegel und fließt durch eine Düse, wo Überschall-Argonstrahlen den Schmelzstrahl in Millionen Tröpfchen zerreisen. Bei reaktiven Metallen (Titan) würde Schmelzkontakt mit Keramiktiegeln zur Sauerstoffaufnahme führen. Daher nutzt man EIGA: Eine rotierende Titanstange wird berührungslos durch Induktion abgeschmolzen; die Schmelze tropft direkt in die Gasdüse – absolut frei von Tiegelabrieb.

02

Partikelgrößenverteilung (PSD) und die D10-, D50-, D90-Werte

Eine ideale PSD nach ASTM B822 weist eine Gaußkurve auf. D10 bezeichnet den Durchmesser, unter dem 10 % der Partikelmasse liegen; D50 ist der Median; D90 die Obergrenze. Zu viele Feinanteile (< 10 µm) führen zu elektrostatischer Aufladung, Verklumpung und schlechtem Fließen. Zu viele Grobpartikel (> 53 µm) blockieren die Beschichterklinge und schmelzen bei 40 µm Schichtdicken nicht vollständig auf (Bindefehler).

03

Innere Porosität: Das Phänomen der Hohlsphären (Argon Trapping)

Beim Auftreffen der Gasstrahlen auf flüssige Tröpfchen wird mitunter Schutzgas (Argon) in der Tröpfchenmitte eingeschlossen, bevor es erstarrt. Diese winzigen Hohlsphären gelangen ins Bauteil: Im Schmelzbad kann das unlösliche Argon nicht entweichen und hinterlässt permanente Mikrogasporen. Hochwertige Pulver werden daher mit Röntgen-Mikrotomographie auf Porosität geprüft.

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Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie wird die Fließfähigkeit von Metallpulver gemessen?
Über das standardisierte Hall-Flowmeter (ASTM B213): Es misst die Zeit in Sekunden, die 50 Gramm Pulver benötigen, um durch einen genormten Trichter mit 2.5 mm Öffnung zu fließen.
Wie oft darf Metallpulver im LPBF wiederverwendet werden?
Je nach Legierung 10 bis 30 Mal. Nach jedem Baujob wird das Pulver ultraschallgesiebt (z. B. 63 µm Maschenweite), um Schmauchpartikel und Spritzer auszufiltern. Sauerstoffgehalt und Fließfähigkeit werden zyklisch überwacht.
Können feine Pulver explodieren?
Ja. Aluminium-, Titan- und Zirkonpulver unter 50 µm Korngröße sind hochentzündlich und staubexplosionsgefährlich (Staubexplosionsklasse St 1 bis St 3). Sie erfordern ATEX-Infrastruktur und geerdete Absauganlagen.

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