Einführung in AlSi10Mg-Pulver
AlSi10Mg ist ein Aluminiumlegierungspulver, das in der additiven Fertigung und im 3D-Druck weit verbreitet ist. Es bietet eine hervorragende Kombination aus Festigkeit, geringem Gewicht, thermischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit.
Hauptmerkmale von AlSi10Mg-Pulver:
- Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
- Gute Wärmeleitfähigkeit
- Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
- Ideal für komplexe Geometrien
- Kompatibel mit verschiedenen AM-Prozessen
AlSi10Mg-Pulver kann für den Druck von leichten, stabilen Metallteilen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Medizin und in der Industrie verwendet werden. Aufgrund seiner Eigenschaften eignet es sich für Anwendungen wie Halterungen, Gehäuse, Wärmetauscher, Verteiler und mehr.
Dieser Leitfaden bietet einen technischen Überblick über AlSi10Mg-Pulver, damit Sie die Zusammensetzung, die Eigenschaften, die Anwendungen, die Verarbeitung und die Lieferanten besser verstehen.
Zusammensetzung und Pulvereigenschaften
AlSi10Mg gehört zur Familie der Aluminium-Silizium-Legierungen mit Magnesium als Hauptlegierungselement. Hier sind seine typischen Zusammensetzungsbereiche:
| Element | Zusammensetzung Bereich |
|---|---|
| Aluminium (Al) | Bilanz |
| Silizium (Si) | 9-11% |
| Magnesium (Mg) | 0.2-0.45% |
| Eisen (Fe) | <0,55% |
| Kupfer (Cu) | <0,05% |
| Mangan (Mn) | <0,45% |
| Andere | Jeder < 0,05% |
| Verunreinigungen | <0,15% |
Der hohe Siliziumgehalt in AlSi10Mg-Pulver erhöht die Festigkeit und Härte durch Ausscheidungshärtung. Magnesium steuert die Versetzungsbewegung und sorgt so für Festigkeit.
Hauptmerkmale von AlSi10Mg-Pulver:
- Form der Partikel: Überwiegend kugelförmig
- Partikelgröße: 15-45 Mikrometer
- Scheinbare Dichte: ~2,7 g/cc
- Fließfähigkeit: Ausgezeichnet
- Sphärizität: Hoch
Die Partikelgrößenverteilung ist für Anwendungen des selektiven Laserschmelzens optimiert. Die Pulver haben eine gute Fließfähigkeit und eine hohe Dichte, um eine gleichmäßige Verteilung im Pulverbett zu ermöglichen.
Anwendungen von AlSi10Mg-Teilen
AlSi10Mg wird aufgrund seines guten Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, seiner thermischen Eigenschaften und seiner Korrosionsbeständigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Industrie eingesetzt.
Typische Anwendungen sind:
| Anmeldung | Komponenten |
|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Halterungen, Stringer, Rippen, Laufräder |
| Automobilindustrie | Pleuelstangen, Halterungen, Gehäuse |
| Industriell | Wärmetauscher, Verteiler, Ventile, Werkzeugbau |
| Medizinische | Orthopädische Implantate, Prothetik |
| Marine | Propeller, Ruder, Ballasttanks |
AlSi10Mg ermöglicht Leichtbaustrukturen wie Halterungen und Gehäuse, um das Bauteilgewicht in Fahrzeugen zu reduzieren. Es ermöglicht auch die Konsolidierung komplexer Teile wie Krümmer durch AM. Das Material ist für medizinische Implantate biokompatibel.
Spezifikationen und Normen
AlSi10Mg-Pulver und -Teile müssen die Spezifikationen für die Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften gemäß Luft- und Raumfahrt- sowie Industrienormen erfüllen.
Zu den wichtigsten Normen gehören:
- ASTM F3055 - Standardspezifikation für die additive Fertigung von AlSi10Mg durch Pulverbettschmelzen
- ASTM B26/B26M - Standard-Spezifikation für Sandgussstücke aus Aluminium-Legierungen
- ISO 21404:2019 - Additive Fertigung - Allgemeine Grundsätze - Anforderungen an gekaufte AM-Teile
Die ASTM F3055 behandelt Zusammensetzung, Verarbeitung, Zugeigenschaften und andere Kriterien. Die Mindestzugfestigkeit beträgt 310 MPa. ISO 21404 spezifiziert die Anforderungen an Lieferanten von AM-Teilen.
Überlegungen zur Gestaltung
AlSi10Mg-Teile werden nach allgemeinen AM-Designprinzipien entworfen:
- Optimierung von Geometrien zur Gewichtsreduzierung
- Konsolidierung von Baugruppen zu Einzelteilen
- Integrierte konforme Kühlkanäle
- Ermöglicht funktionale Integration und Teilekonsolidierung
Additives Design beinhaltet auch:
- Beachtung der Mindestgröße des Merkmals und der Wandstärke
- Berücksichtigung von Eigenspannungen durch schnelles Schmelzen und Erstarren
- Einbindung von Unterstützungsstrukturen, wo nötig
Bei dickeren Abschnitten kann heißisostatisches Pressen erforderlich sein, um Spannungen abzubauen und Risse zu vermeiden. Für kritische Passungen und Abmessungen können Oberflächenbearbeitungsverfahren wie die CNC-Bearbeitung eingesetzt werden.
Prozess-Parameter
AlSi10Mg-Teile werden am häufigsten durch selektives Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM) hergestellt.
Typische SLM-Prozessparameter:
- Laserleistung: 100-400 W
- Scan-Geschwindigkeit: 100-1000 mm/s
- Schichtdicke: 20-100 μm
- Schraffur-Abstand: 50-200 μm
- Temperatur der Bauplatte: 150-200°C
EBM-Prozessparameter:
- Strahlleistung: 1-10 kW
- Strahlgeschwindigkeit: 10.000-100.000 mm/s
- Schichtdicke: 50-200 μm
- Temperatur der Bauplatte: ~700°C
Beim SLM wird ein Laser für das Pulverbettschmelzen verwendet, während beim EBM ein Elektronenstrahl zum Einsatz kommt. SLM erzeugt eine bessere Oberflächengüte und bessere Toleranzen, während EBM höhere Fertigungsraten bietet.
Stützen werden verwendet, um Verformungen zu verhindern und Eigenspannungen abzubauen. Das heißisostatische Pressen kann die Eigenschaften von AlSi10Mg-Teilen aus beiden Verfahren verbessern.
Nachbearbeitung
Übliche Nachbearbeitungsschritte für AlSi10Mg-Teile:
- Stressabbau - Wärmebehandlung zum Abbau von Eigenspannungen
- Entfernung der Stütze - Entfernen von Stützstrukturen
- Oberflächenbehandlung - Schleifen, Schleifen, CNC-Bearbeitung
- Wärmebehandlung - Wärmebehandlung und Alterung zur Verbesserung der Festigkeit
Der Spannungsabbau erfolgt unmittelbar nach dem Druck und vor dem Entfernen des Trägers. Die Lösungsbehandlung erfolgt bei 530-550°C, gefolgt von einer Alterung bei 160-180°C. Durch die maschinelle Bearbeitung werden die Anforderungen an die Maßgenauigkeit und Oberflächengüte erfüllt.
Zusätzliche Prozesse wie:
- Heißisostatisches Pressen (HIP)
- Beschichtung
- Polieren
- Eloxierung
kann auch zur Verbesserung der Verdichtung, der Korrosionsbeständigkeit oder der Ästhetik durchgeführt werden.
Materiallieferanten
Zu den namhaften Lieferanten von AlSi10Mg-Pulver gehören:
| Unternehmen | Produktname | Beschreibung |
|---|---|---|
| LPW-Technologie | LPW AlSi10Mg | Sphärisches Pulver, gute Fließfähigkeit |
| Sandvik Fischadler | Fischadler AlSi10Mg | Optimierte Partikelgrößenverteilung |
| Zimmerer-Zusatzstoff | AlSi10Mg | Sphärisches Pulver für AM |
| GE-Zusatzstoff | LPW AlSi10Mg | Dienstleistungen der Auftragsfertigung |
| Hoganas | Alumec 89 | Vorlegiertes, zerstäubtes Pulver |
Neben dem Pulver bieten einige Unternehmen auch damit verbundene AM-Druckdienste an. Schlüsselfaktoren bei der Auswahl des Anbieters sind die Qualität des Pulvers, die Beständigkeit, das technische Know-how, zusätzliche Dienstleistungen und der Preis.
Die Preise für AlSi10Mg-Pulver reichen von $50-150/kg, je nach Bestellmenge, Qualität, Vertriebsweg usw. Hochreine kugelförmige Pulver mit strenger Kontrolle der Partikelgrößenverteilung sind tendenziell teurer.
Vor- und Nachteile von AlSi10Mg
Vorteile von AlSi10Mg:
- Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
- Ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit
- Gute Korrosionsbeständigkeit
- schweißbar und bearbeitbar
- Biokompatibel
Beschränkungen:
- Niedrigere maximale Betriebstemperatur als Aluminiumlegierungen mit höherem Siliziumgehalt
- Geringere Duktilität als reines Aluminium
- Anfällig für galvanische Korrosion
- Erfordert Wärmebehandlung
AlSi10Mg bietet die beste Ausgewogenheit der Eigenschaften, ist aber nicht für Hochtemperaturanwendungen über ~250°C geeignet. Es hat eine geringere Duktilität als andere Al-Knetlegierungen. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient muss bei der Konstruktion berücksichtigt werden.
Die Wahl des richtigen AlSi10Mg-Pulver-Lieferanten
Bei der Auswahl eines Lieferanten für AlSi10Mg-Pulver sind folgende Schlüsselfaktoren zu beachten:
- Technisches Fachwissen in Aluminiumlegierungspulvern für AM
- Qualität und Konsistenz des Pulvers von Charge zu Charge
- Partikelgrößenverteilung optimiert für AM-Prozess
- Morphologie des Pulvers - hohe Sphärizität und Fließfähigkeit
- Sicherung der Qualität - Probenahme, Prüfung und Zertifizierung
- Seriöse Kunden/Fallstudien - Luft- und Raumfahrt, Medizin, Industrie
- Mehrwertige Dienstleistungen -Beratung, F&E, Auftragsfertigung
- Lieferung und Unterstützung - Lieferzeiten, Versand, Kundendienst
- Preisgestaltung - angebotener Preis vs. Wert
Arbeiten Sie mit einem Anbieter zusammen, der sich auf AM-Pulver spezialisiert hat und über eine strenge Qualitätskontrolle und Erfahrung mit Metallpulvern verfügt. Nutzen Sie deren technisches Wissen und wählen Sie einen Anbieter, der Komplettlösungen anbietet und nicht nur Pulver verkauft.
AlSi10Mg-Pulver für Metal AM: Die wichtigsten Erkenntnisse
- AlSi10Mg-Pulver ermöglicht leichte, hochfeste Teile durch AM
- Ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und thermische Eigenschaften
- Vielfache Verwendung in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie und in industriellen Anwendungen
- SLM und EBM sind die gängigen Druckverfahren
- Die Wahl eines seriösen Lieferanten ist entscheidend für die Qualität des Pulvers
- AlSi10Mg bietet eine ausgewogene Mischung aus mechanischen Eigenschaften, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit
AlSi10Mg ist eine vielseitige Aluminiumlegierung für AM mit Eigenschaften zwischen reinem Al und Al-Si-Gusslegierungen. Mit der richtigen Parameteroptimierung und Nachbearbeitung bietet AlSi10Mg-Pulver die Möglichkeit, die Grenzen in Bezug auf die Komplexität und Leistung von Bauteilen mit Hilfe der additiven Metallfertigung zu erweitern.
FAQs
F: Was ist die typische chemische Zusammensetzung von AlSi10Mg-Pulver?
A: Die typische Zusammensetzung ist 89-91% Aluminium, 9-11% Silizium, 0,2-0,45% Magnesium und weniger als 0,55% Eisen. Andere Legierungselemente sind auf Spurenmengen beschränkt.
F: Ist bei AlSi10Mg eine Wärmebehandlung erforderlich?
A: Ja, AlSi10Mg-Teile müssen in der Regel spannungsarmgeglüht werden, gefolgt von einer Lösungsglühung bei 530-550°C und einer Auslagerung bei 160-180°C, um eine optimale Festigkeit zu erreichen.
F: Was sind einige Anwendungen von AlSi10Mg?
A: Gängige Anwendungen sind Halterungen und Gehäuse für die Luft- und Raumfahrt, Halterungen für die Automobilindustrie, Wärmetauscher und medizinische Implantate, die von der hohen Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Biokompatibilität profitieren.
F: Welche Druckverfahren eignen sich für AlSi10Mg?
A: Selektives Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM) sind die beiden wichtigsten Verfahren für das Pulverbettschmelzen von AlSi10Mg.
F: Was verursacht Porositätsprobleme in AlSi10Mg-Teilen?
A: Die Hauptursachen für Porosität sind ungeeignete SLM/EBM-Parameter, schlechte Pulverqualität und -verteilbarkeit sowie eine fehlende Prozessoptimierung. Heißes isostatisches Pressen wird häufig zur Verringerung der Porosität eingesetzt.
F: Warum ist eine hohe Sphärizität des Pulvers für AlSi10Mg wichtig?
A: Eine hohe Sphärizität verbessert die Fließfähigkeit und die Packungsdichte des Pulvers. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des Pulvers und ein gleichmäßiges Schmelzen, was zu Teilen mit hoher Dichte und guten mechanischen Eigenschaften führt.
F: Wie viel kostet AlSi10Mg-Pulver?
A: AlSi10Mg-Pulver kostet zwischen $50-150 pro kg, je nach Qualität, Losgröße, Gewinnspanne des Lieferanten und geografischer Region. Hohe Sphärizität und kontrollierte Partikelgrößenverteilung erhöhen die Kosten.
