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3D Printing

Bauteile aus Sauerstoff freien Titanlegierungen

Neue Verfahrensvariante der additiven Fertigung ermöglicht die kostengünstige Herstellung hochwertiger Titanbauteile bei der Neue Materialien Bayreuth.

Mit der drahtbasierten Verfahrensvariante des Laserauftragsschweißen, die von der Neue Materialien Bayreuth GmbH zusammen mit weiteren Partnern in einem öffentlich geförderten Projekt entwickelt wurde, lassen sich Titanbauteile mit herausragenden Eigenschaften herstellen. Bei der Verarbeitung von Titanlegierungen kommt dem Umgebungsgehalt an Sauerstoff eine zentrale Rolle zu, da Titanwerkstoffe eine große Sauerstoffaffinität aufweisen.  Problematisch ist dies vor dem Hintergrund, dass ein hoher Sauerstoffanteil die Sprödigkeit des Werkstoffs erhöht und sich daher negativ auf die Duktilität des gefertigten Bauteils auswirkt. 

Hohe Aufbauraten für großvolumige Titanbauteile

Bei der drahtbasierten Verfahrensvariante wird der Schichtaufbau unter Vakuum durchgeführt, was die Voraussetzung für annähernd Sauerstoff freie Bauteile (Sauerstoffgehalt < 0,02 %) aus Titanbasierten Legierungen schafft. Da auf die bisher erforderliche Hochvakuumumgebung verzichtet werden kann und lediglich Vorvakuum (10-3 ppm) erforderlich ist, können günstige Prozess- und Anlagenkosten realisiert werden. Eine innovative Komponente des neuen Verfahrens ist die Vorrichtung zur Drahtvorerwärmung. Hierdurch kann in der aufgebauten Schicht ein hoher Wärmeeintrag induziert werden, der eine langkörnige Gefügestruktur erzeugt. Diese bewirkt sehr gute mechanische Eigenschaften des gefertigten Bauteils, auch unter Hochtemperaturbedingungen. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens sind die hohen Aufbauraten von mehr als 150 cm3/h, die Perspektive einer Herstellung auch großvolumiger Titanbauteile eröffnen.

Alternative zur pulveradditiven Fertigung 

Das neuartige Verfahren basiert auf dem Laserauftragsschweißen, bei dem metallische Bauteile durch die lagenweise Deposition des aufgeschmolzenen Ausgangsmaterials auf einer Trägerplatte aufgebaut werden. Die drahtbasierte Variante bietet eine wirtschaftliche Alternative zur pulveradditiven Fertigung, da hier kostengünstigere Metalldrähte für den Schichtaufbau verwendet werden. Die Anlagenprototyp im Technikum der Neue Materialien Bayreuth GmbH ermöglicht Untersuchungen mit guter Reproduzierbarkeit im Rahmen von F&E-Aufträgen und öffentlich geförderten Verbundprojekten. Das Verfahren sowie der entsprechende Anlagenprototyp wurden im Rahmen des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekts „AdLeS – Verfahren und Anlagenprototyp zur additiven Serienfertigung von großen und komplexen Leichtbaustrukturen aus hochfesten Legierungen“ (Förderkennzeichen ZF4064604) von den Kooperationspartnern Neue Materialien Bayreuth GmbH, Evobeam GmbH, Ircam GmbH und Universität Bremen (ISEMP) entwickelt.