Powder Characterization: Hall Flow, Laser Diffraction, and FE-SEM
Metal powder characterization for AM: Hall flowmeter testing (ASTM B213), laser diffraction PSD (ISO 13320), apparent/tapped density, and FE-SEM morphology.
Powder analytics governs layer spreading repeatability. Hall flow (ASTM B213), laser diffraction (ISO 13320), tapped density ratios, and FE-SEM morphology qualify AM feedstocks.
- Hall-Flowmeter-Prüfung (ASTM B213) quantifiziert die Fließfähigkeit von 50 g Pulver in Sekunden.
- Laserbeugung nach ISO 13320 bestimmt D10-, D50- und D90-Werte zur Absicherung der geforderten Kornfraktion.
- Hausner-Faktor (Klopfdichte / Schüttdichte): Werte unter 1.25 belegen exzellente Rieselfähigkeit.
- FE-SEM Mikroskopie identifiziert störende Satelliten, Tropfenverformungen und poröse Hohlsphären.
Technical Specifications & Comparison Matrix
ISO/ASTM 52900| Prüfverfahren | Prüfnorm | Messgröße / Einheit | Zielwert im LPBF |
|---|---|---|---|
| Hall-Flowmeter | ASTM B213 / ISO 4490 | Durchlaufzeit für 50 g [s] | 20 - 30 s (gut fließfähig) |
| Carney-Trichter | ASTM B964 | Für schlecht fließende Pulver | Bei Blockade im Hall-Trichter |
| Laserbeugung (PSD) | ISO 13320 / ASTM B822 | Volumenbezogene Partikelgröße [µm] | D10 > 18 µm, D50 ~ 32 µm, D90 < 52 µm |
| Schüttdichte (Apparent) | ASTM B212 / ISO 3923-1 | Freie Schüttmasse [g/cm3] | > 50 - 55 % der theoretischen Dichte |
| Klopfdichte (Tapped) | ASTM B527 / ISO 3953 | Dichte nach 3.000 Klopfzyklen [g/cm3] | Steigerung um max. 15 bis 20 % |
| Restfeuchtegehalt | Karl-Fischer / IR-Waage | Wassergehalt [ppm] | < 100 - 150 ppm Feuchte |
Flowability: Hall Funnel vs. Dynamic Powder Rheology
Der klassische Hall-Trichter misst die freie Gravitationsströmung. Reagiert ein Pulver jedoch empfindlich auf Scherkräfte, nutzen moderne Labore Rotations-Pulverrheometer (z. B. Freeman FT4). Das Rheometer misst die spezifische Energie, die ein rotierender Flügel benötigt, um das Pulverbett zu durchpflügen (Basic Flowability Energy, BFE). Dies bildet das dynamische Verhalten vor der Beschichterklinge viel realistischer ab.
Hausner Ratio and Carr Index for Bed Compressibility
Der Hausner-Faktor H berechnet sich aus dem Quotienten von Klopfdichte zu Schüttdichte (H = rho_klopfen / rho_schütten). Liegt H nahe bei 1.0 bis 1.18, rollen die Partikel fast reibungsfrei aneinander ab. Steigt H über 1.35, dominiert Partikelverhakung durch Satelliten oder Feinstaubanteile: Das Pulverbett wird beim Schichtauftrag ungleichmäßig komprimiert, was zu welligen Schichten führt.
FE-SEM Microscopy and Automated Shape Classification
Unter dem Feldemissions-REM (FE-SEM) zeigt sich die wahre Gestalt der Partikel. Satelliten – winzige Tröpfchen, die bei der Gasverdüsung mit bereits erstarrten Hauptpartikeln kollidieren und an ihnen festbacken – zerstören die Kugelform. Bildanalyse-Software vermisst Tausende Einzelpartikel und berechnet die Zirkularität und Konvexität nach ISO 9276-6.
Frequently Asked Questions (FAQ)
Was tun, wenn ein Pulver nicht durch den Hall-Trichter fließt?
Welchen Einfluss hat die Partikelform auf die Dichte des Bauteils?
Wie wird der Feuchtigkeitsgehalt von Pulver bestimmt?
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