Processes & Technologies W3D-TECH-15 ISO/ASTM 52900 Validiert

Powder-Based Laser DED: Nozzle Designs and Catchment Efficiency

Guide to powder-fed Laser Directed Energy Deposition: coaxial nozzles, annular gap nozzles, catchment efficiency, and in-situ alloy synthesis.

Stand: 2026-03-24 Lesezeit: 9 min Fachredaktion Additive Fertigung
Executive Summary & Key Engineering Takeaways Normative Status: Validated

Powder-based Laser DED delivers metal powder coaxially into the laser focus. Its unique capability lies in real-time in-situ powder mixing for functionally graded materials and carbide cladding.

  • Erlaubt das in-situ Legieren und Erzeugen von Funktionsgradienten durch variable Pulverförderer.
  • Koaxiale 4-Strahl- und Ringspaltdüsen erreichen Pulvereinfanggrade (Catchment Efficiency) von 70 bis 90 %.
  • Ideal zum Einbetten von Hartstoffen (z. B. 60 % WC in Ni-Matrix) für extremen Abrasionsschutz.
Pulverausnutzung
70 - 90 %
Kornfraktion
45 - 150 µm
Aufbaurate
0.3 - 3.5 kg/h
Hartstoffanteil
bis 65 Vol.-%

Technical Specifications & Comparison Matrix

ISO/ASTM 52900
Düsentechnologie Koaxiale 3/4-Strahldüse Koaxiale Ringspaltdüse Seitliche Einzeldüse
Richtungsunabhängigkeit Vollständig (360°) Vollständig (360°) Nur in Vorschubrichtung
Pulvereinfanggrad 65 - 80 % 75 - 90 % 50 - 65 %
Fokusabstand (Standoff) 8 - 15 mm 10 - 20 mm 12 - 25 mm
Empfindlichkeit Spritzer Gering Sehr gering (Schutzgasmantel) Mittel
01

Annular Gap vs. Discrete Multi-Beam Nozzles

Bei diskreten 3- oder 4-Lochdüsen kreuzen sich mehrere Pulverstrahlen im Laserfokus. Ringspaltdüsen erzeugen einen geschlossenen Hohlkegel aus Pulver, der den Laserstrahl umhüllt. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Dichte der Pulverwolke, einem höheren Einfanggrad und einer unübertroffenen Oberflächengüte der Raupen.

02

In-situ Alloying and Functionally Graded Materials

Über zwei oder mehr computergesteuerte Pulverdosierer können unterschiedliche Metalle synchron gefördert werden. So lässt sich beispielsweise von 100 % Edelstahl an der Bauteilbasis stufenlos auf 100 % Inconel an der Heißgasseite überblenden, ohne dass spröde intermetallische Phasen an scharfen Phasengrenzen entstehen.

03

Hardfacing against Wear and Abrasion

Im Bergbau, Erdbohrwerkzeugen und Zementwerken werden Bauteile mit Nickel- oder Kobaltlegierungen beschichtet, in die sphärische Wolframkarbide (Fused Tungsten Carbides, FTC) eingebettet sind. Die Pulverdüsenführung verhindert das thermische Zersetzen der Karbide im Laserstrahl, wodurch Härten von über 65 HRC erreicht werden.

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Frequently Asked Questions (FAQ)

Was passiert mit dem nicht aufgeschmolzenen Pulver (Overspray)?
Das nicht eingefangene Pulver wird in einer Auffangwanne oder über Absauganlagen gesammelt. Nach Aufbereitung (Sieben, Entstauben) kann es je nach Spezifikation wiederverwendet werden.
Welches Pulver wird für DED verwendet?
DED verwendet gröbere Pulver (45 bis 150 µm) als LPBF (15 bis 53 µm). Dieses Pulver ist günstiger und besitzt eine exzellente Rieselfähigkeit im Trägergasstrom.
Welches Trägergas wird eingesetzt?
Standard ist hochreines Argon (99.999 %). Bei hochreaktiven Werkstoffen oder Sonderanwendungen kommt Helium zum Einsatz, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

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