Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf den Wassergehalt und die Fließfähigkeit unterschiedlicher metallischer Pulver

In der pulverbasierten additiven Fertigung ist die Luftfeuchtigkeit von hoher Relevanz. Sie beeinflusst unterschiedlich stark die Fließfähigkeit des Pulvers und hat somit Auswirkung auf die Qualität des Bauteils. Dennoch gibt es derzeit nur wenige Studien, die sich mit dem Thema näher befassen. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die Fließfähigkeit und den Wassergehalt auf unterschiedliche metallische Pulver untersucht und so das Wissen erweitert. Neben der Pulverlegierung wird auch die Bedeutung der Partikelgröße analysiert. Betrachtet werden zwei Edelstahlpulver 316L mit unterschiedlicher Partikelgröße, ein Aluminiumpulver AlSi10Mg sowie ein Titanpulver Ti6Al4V. Sie werden ein, zwei und vier Stunden lang ausgelagert und mit relativen Luftfeuchtigkeiten zwischen 30 und 80% beaufschlagt. Anschließend erfolgt die Untersuchung der Fließfähigkeit mittels dynamischer Bildanalyse des Revolution Powder Analyzers sowie die Bestimmung des Wassergehalts mit Hilfe der Karl-Fischer Titration. Daraufhin werden die Versuche statistisch mit einer multiplen linearen Regressionsanalyse ausgewertet und quantifiziert. Die Ergebnisse zeigen zum einen eine verbesserte Fließfähigkeit mit Vorhandensein einer
Oxidschicht und zum anderen eine Verschlechterung bei feineren Pulvern. Angesichts der kleineren spezifischen Oberfläche und der daraus resultierenden geringeren Kontaktstellen fließen größere Partikel grundsätzlich besser. Ein Zusammenhang der Fließfähigkeit mit der Sphärizität der Partikel konnte nicht nachgewiesen werden. Alle untersuchten Pulver zeigen jedoch eine Verringerung der Fließfähigkeit mit steigender relativer Luftfeuchtigkeit, allerdings mit unterschiedlich starker Ausprägung. Zudem führt eine längere Auslagerungszeit ebenfalls zu einem verschlechterten Fließen, mit Ausnahme des feineren 316L Pulvers, was für eine schnellere Wasseraufnahme spricht. Dennoch konnte auf Grund stark schwankender Messwerte bei der Karl-Fischer Titration keine Abhängigkeit der Fließfähigkeit vom Wassergehalt festgestellt werden.

Humidity is highly relevant in powder-based additive manufacturing. It influences the flowability of the powder to varying degrees and thus influences the quality of the component. Nevertheless, there are currently only a few studies that deal with this topic in more detail. For this reason, the influence of humidity on flowability and water content on different metallic powders will be investigated in this work to expand the knowledge. In addition to the powder alloy, the importance of particle size is also analyzed. Two 316L stainless steel powders with different particle sizes, an AlSi10Mg aluminum powder and a Ti6Al4V titanium powder are considered. They are stored for one, two and four hours and exposed to relative humidities between 30 and 80%. The flowability is then investigated using dynamic image analysis with the Revolution Powder Analyzer and the water content is determined using Karl-Fischer titration. The tests are then statistically evaluated and quantified using multiple linear regression analysis. On the one hand the results show an improved flowability with the presence of an oxide layer and on the other hand a decrease with finer powders. In view of the smaller specific surface area and the resulting smaller contact points, larger particles generally flow better. A correlation of the flowability with the sphericity of the particles could not be proven. However, all the powders investigated show a reduction in flowability with increasing relative humidity, but with varying degrees of intensity. In addition, a longer storage time also leads to a poorer flow, except for the finer 316L powder, which indicates a faster water adsorption. Nevertheless, no dependence of the flowability on the water content could be established due to strongly fluctuating measured values in the Karl-Fischer titration.