Hochwertiges Metallpulver – im Kreislauf geführt

Neues Verfahren für die Entpulverung beim Metall-3D-Druck

Aus der Schüttgut & Prozess 5/2025

Beim Metall-3D-Druck werden komplexe Bauteile aus hochwertigen (und teuren) Pulvern aus Metalllegierungen erzeugt. Ein neues Verfahren für die Trocken-Vorabscheidung erlaubt jetzt die Wiederverwertung dieses Pulvers und den Verzicht auf das manuelle Entpulvern. Die Rapidobject GmbH in Leipzig hat das von Ruwac entwickelte Verfahren bereits erfolgreich an ihren SLM-Anlagen (Selective Laser Melting) getestet.

Die additive Fertigung von Metallbau-Teilen ist ein besonderes und anspruchsvolles Aufgabenfeld der Schüttgutverarbeitung und –handhabung. Hochwertige und hochreine Legierungen liegen als feines Pulver vor. Aus ihnen entstehen Schicht für Schicht und ausgehärtet durch Laser komplexe Komponenten. Sowohl Unikate als auch Serienteile lassen sich so in hoher Qualität fertigen, in einem Arbeitsgang und häufig ohne Nachbearbeitung.

Besserer Nutzungsgrad des Metallpulvers

Ursprünglich kam der Metall-3D-Druck eher beim Prototypenbau zum Einsatz. Inzwischen eignet er sich auch für Serienteile mit voller Funktionalität. Allerdings ist das Verfahren noch relativ teuer, auch wegen der Kosten des Metallpulvers. Dabei wird nur ein mehr oder weniger großer Anteil des Pulvers tatsächlich „verbaut“, d. h. zum Bauteil.

Das nicht per Laser ausgehärtete Pulver verbleibt in der Baukammer und muss manuell in einem Überlauf bzw. Ablauf grob entpulvert werden – das ist aufwendig und verlängert die Zeitspanne bis zum nächsten Druckvorgang. Dann wird die Baukammer mit einem Sauger vollständig vom Pulver befreit. Dieser Pulveranteil lässt sich jedoch nicht wiederverwenden, weil hier Sauger zum Einsatz kommen, die das reaktive Pulver in einer Flüssigkeit inertisieren. Dabei werden die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Pulvers unter Umständen so verändert, dass es auch nach einem Trocknungsvorgang nicht mehr als Ausgangsmaterial für die additive Fertigung geeignet ist.

Trockenabscheidung beim SLM-Prozess

Das bedeutet: Hier gibt es Verbesserungspotenzial und die Frage bzw. Aufgabe lautet: Wie lässt sich dieser Prozess so verändern, damit das (teure) Pulver wiederverwendet werden kann? Diese Frage war der Startpunkt eines Entwicklungsprojektes bei Ruwac. Nassabscheider von Ruwac sind im Metall-3D-Druck weit verbreitet, weil namhafte Hersteller von Anlagen für das selektive Laserschmelzen (SLM) sie fest ins Zubehörprogramm aufgenommen haben. Mit ihnen reinigt der Anwender die Baukammer nach dem manuellen Entpulvern.

Vorabscheidung mit Hochgeschwindigkeits-Zyklon

Im Grunde ist die ursprüngliche Frage einfach zu beantworten: Wenn es gelingt, das Pulver ohne Benetzung bzw. ohne die Inertisierung im Flüssigkeitsbad abzuscheiden, könnte man es wiederverwenden. Diese Idee haben die Ruwac-Konstrukteure des Kompetenzzentrums „Additive Fertigung“ in die Praxis umgesetzt. Abgesaugt wird nach wie vor mit den Nassabscheidern der NA-Baureihe, denen jetzt aber ein speziell für diese Aufgabe entwickelter Trocken-Vorabscheider vorgeschaltet wird, der das Verfahren eines Hochgeschwindigkeits-Zyklons nutzt. In ihm wird schon der Großteil des abgesaugten Pulvers abgeschieden und kann dann – nach dem Sieben – zu 100 % wiederverwendet werden.

Erfolgreiche „Arbeitsteilung“ der beiden Abscheider

Ein Zyklon als Vorabscheider ist nicht neu. Hier aber musste er so modifiziert werden, dass die Reaktivität des Pulvers nicht zu unkontrollierten Reaktionen im Zyklon führt. Dies gelang den Ruwac-Konstrukteuren durch verschiedene konstruktive Maßnahmen, die das Entstehen einer explosionsfähigen Atmosphäre zuverlässig verhindern. In „Schüttgut & Process“ 2/2025 wurde der Vorabscheider bereits vorgestellt.

Die ersten Praxistests im Ruwac-Entwicklungszentrum haben gezeigt: Unter Laborbedingungen werden mehr als 98 % des aus dem Arbeitsraum abgesaugten Pulvers durch den Zyklon trocken abgeschieden. Der Anwender muss sie nur noch sieben und kann sie dann für die Produktion von neuen Bauteilen weiterverwenden. Die restlichen Anteile werden im nachgeschalteten Nassabscheider inertisiert und anschließend entsorgt.

Erste Praxiserfahrungen: Rapidobject in Leipzig

Diese neue Art der (Vor-)Abscheidung für den Metall-3D-Druck zeigte Ruwac erstmals Ende 2024 auf der 3D-Druck-Messe formnext in Frankfurt. Dort lernte auch Markus Prokscha, Projektingenieur Metalldruck bei der Rapidobject GmbH in Leipzig, das Verfahren kennen. Die darauffolgenden Gespräche mit Ruwac führten dazu, dass sich Rapidobject als einer der ersten Anwender zur Anschaffung des neuen Vorabscheiders entschloss.

Das Unternehmen, bereits 2006 gegründet, gilt bundesweit als etablierter Spezialist für additive Fertigungsverfahren mit Kunststoffen und Metallen. Rapidobject fertigt Einzelteile als auch kleine bis mittlere Serien und nutzt dabei diverse Verfahren wie SLM, SLS, MJF und weitere. Mehr als 20.000 Kunden u. a. aus der Elektro- und Automobilindustrie, dem Maschinenbau, der Luftfahrtindustrie und der Medizintechnik haben schon Bauteile von Rapidobject bezogen.

Mehr als 99 % des Pulvers kann wiederverwendet werden

Das vorabgeschiedene Material wird trocken gesammelt und kann gesiebt und der Wiederverwertung zugeführt werden

Ruwac installierte einen der ersten Trocken-Vorabscheider vom Typ R26 in Kombination mit einem Nassabscheider NA35. Diese Kombination wurde an eine SLM-Anlage angeschlossen und unter Praxisbedingungen getestet.

Markus Prokscha fasst das Ergebnis zusammen: „Wir haben Messungen unter Praxisbedingungen durchgeführt. Unabhängig davon, ob wir besonders vorsichtig, mit normaler Geschwindigkeit oder besonders schnell abgesaugt haben, konnten wir mehr als 99,9 % des Metallpulvers im Trocken-Vorabscheider zurückhalten und wiederverwenden.“ „Damit wurden unsere Erwartungen weit übertroffen, und das Gerät ist eine der wirtschaftlichsten Anschaffungen im Unternehmen.“

Hoher Nutzen in mehrfacher Hinsicht

Angesichts der Kosten des Metallpulvers ergibt sich – das zeigen die Versuche bei Ruwac und auch der Test bei Rapidobject – ein großer finanzieller Nutzen. Aber das ist nicht angesichts der Kosten des Metallpulvers ergibt sich – das zeigen die Versuche bei Ruwac und auch der Test bei Rapidobject – ein großer finanzieller Nutzen. Aber das ist nicht der einzige Vorteil. Markus Prokscha: „Wir können auf das manuelle Entpulvern verzichten und stattdessen direkt absaugen, weil der Großteil des abgesaugten Pulvers ja wieder zur Verfügung steht. „Das spart Zeit, und die SLM-Anlage ist schneller wieder betriebsbereit und kann somit stärker ausgelastet werden.“ Auch das Handling des Trocken-Vorabscheiders konnte überzeugen: Die Entnahme der Behälter und ihre Entleerung ist einfach, der Füllstand wird am Gerät angezeigt.

3D-Druck-Bauteile im Trocken-Vorabscheider

Hier kommt sogar Rapidobject auf einer zweiten Ebene ins Spiel. Denn das Unternehmen produziert für Ruwac diverse Bauteile im Kunststoff-3-D-Druck, unter anderem die Halterung für den Füllstandssensor im Trocken-Vorabscheider und den Stecker für den Potenzialausgleich sowie einige nicht sichtbare Komponenten wie Kabelführungen, Halterungen und Gewindeaufnahmen. Damit gehört Ruwac zum großen Kundenstamm von Rapidobject. Und die Kombination von Trocken-Vorabscheider und Nassabscheider hat jetzt ihren Platz im Metall-3D-Druck von Rapidobject gefunden. Sie wird auch für die Entpulverung an einer neuen, großen SLM-Anlage eingesetzt werden.

Fazit: Geringere Kosten, verminderter Zeitaufwand

Unabhängig von dem ersten Test des R26 bei Rapidobject sieht Ruwac auch großes Interesse in der gesamten Branche an der neuen Lösung: Die Trocken-Vorabscheidung verringert die (Pulver-)Kosten beim SLM deutlich, sie steigert die Nachhaltigkeit des Prozesses und spart aus Anwendersicht Zeit beim Entpulvern. Das verbessert die Produktivität der Anlage. Somit kann der Anwender echte Wettbewerbsvorteile nutzen – ohne Nachteile. Ein weiterer Vorteil: Der R26 lässt sich einfach installieren und mit vorhandenen Nassabscheidern kombinieren.

Über Ruwac Industriesauger

Das Unternehmen bietet ein umfassendes Portfolio an Industriesaugern sowie individuell konstruierte, kundenspezifische Lösungen. Die Sauger werden in Deutschland mit hoher Fertigungstiefe produziert und zählen zu den zuverlässigsten Geräten im Bereich mobiler und stationärer Absauganlagen. Die umfassende Praxistauglichkeit zeigt sich in vielen Details, wie zum Beispiel einem intelligenten Baukastenprinzip für die mobilen Industriesauger oder patentierten Erfindungen wie dem Fußhebel zur staubarmen Entleerung.

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