Titan-Am-Pulver für die Additive Fertigung

Aufgrund seines außergewöhnlichen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität ist Titan ein hoch geschätztes Material für die additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und in industriellen Anwendungen. In diesem Überblick werden die verschiedenen Titan-Am-Pulver, ihre entsprechenden Eigenschaften, Nachbearbeitungsprozesse, weltweit führende Anbieter und Anwendungsbeispiele nach Branchen vorgestellt.

Überblick über Titan-Am-Pulver

Die wichtigsten Eigenschaften machen Titan zu einem idealen Werkstoff für das Pulverbettschmelzen und das AM-Verfahren mit gerichteter Energieabscheidung:

• Hohe Festigkeit - übertrifft oft geglühtes Titan und kann mit Ti-6Al-4V mithalten
• Geringe Dichte - hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, geringeres Gewicht der gedruckten Teile
• Korrosionsbeständigkeit - Schutzschild aus Oberflächenoxid
• Biokompatibilität - geeignet für medizinische Geräte und Implantate
• Fähigkeit zur Legierung - maßgeschneiderte Eigenschaften wie Festigkeit und Härte
• Kosteneffizienz - geringerer Materialabfall gegenüber der Bearbeitung von Blöcken
• Buy-to-fly-Verhältnisse von mehr als 90%+ - optimierte Designs sparen Gewicht und Material

In Verbindung mit der Designfreiheit, die AM ermöglicht, erschließt Titan neue Anwendungsmöglichkeiten.

Optionen für Titanlegierungspulver für AM

Zu den beliebten Titanlegierungen, die heute eingesetzt werden, gehören handelsübliche Reinheitsgrade, Alpha- und Alpha-Beta-Legierungen sowie neuartige proprietäre Grade wie Titan 6242.

Übliche Titanlegierungszusammensetzungen

Legierung	Al%	V%	Fe%	O%	Andere
CP Ti Klasse 1	–	–	≤ 0.20	≤ 0.18	–
CP Ti Klasse 2	–	–	≤ 0.30	≤ 0.25	–
Ti-6Al-4V	5.5-6.5	3.5-4.5	≤ 0.25	≤ 0.13	–
Ti 6242	5.8-6.8	–	≤ 0.30	≤ 0.20	Mo, Zr

Sauerstoff-, Stickstoff- und Kohlenstoffspuren sind streng limitiert, um optimale AM-Verarbeitung und mechanische Eigenschaften zu gewährleisten.

Spezifikationen für Titan-Am-Pulver

Hochreines, kugelförmiges Titanpulver mit kontrollierter Partikelgrößenverteilung ist die Voraussetzung für fehlerfreie, dichte AM-Komponenten.

Titanpulver Partikelgrößenverteilung

Messung	Spezifikation
Größenbereich	15 - 45 μm
Mittlere Partikelgröße	25-35 μm
Partikelform	Überwiegend kugelförmig

Die Sphärizität fördert die Verteilbarkeit des Pulvers. Die kontrollierte Verteilung verhindert Entmischungsprobleme bei der Anwendung und Wiederverwendbarkeit.

Nachbearbeitungsverfahren für AM-Teile aus Titan

Zu den üblichen Nachbehandlungsoptionen für additiv gefertigte Titanbauteile gehören:

Nachbearbeitungsmethoden

Stressabbau

Durch die Alterung bei niedrigen Temperaturen werden Eigenspannungen aus dem Herstellungsprozess eliminiert, wodurch ein möglicher Verzug und Rissbildung verhindert werden.

Oberflächenveredelung

Verbessert die Oberflächengüte für Präzisionsmaße, bricht scharfe Kanten oder verbessert das ästhetische Erscheinungsbild.

Heiß-Isostatisches Pressen

Verdichtet jede innere Porosität durch gleichzeitige Anwendung erhöhter Temperatur und isostatischen Drucks. Erforderlich für dynamische Endanwendungen.

Wärmebehandlung

Verändert die Mikrostruktur von Ti-6Al-4V und anderen Titanlegierungen, um mechanische Eigenschaften wie Duktilität und Ermüdungsfestigkeit zu verbessern.

Bearbeitung

Ermöglicht hochpräzise Abmessungen und Oberflächengüten für Lager- und Dichtungsoberflächen von endkonturnahen AM-Teilen.

Additive Fertigungstechniken für Titanpulver

Der moderne Metall-3D-Druck nutzt das Mikroschweißen von feinem Titan, um komplexe Bauteile zu konstruieren. Zwei gängige Ansätze sind:

Vergleich von Titan-AM-Prozessoptionen

Methode	Beschreibung	Vorteile	Beschränkungen
Pulverbett Fusion	Laser oder E-Beam schmelzen Bereiche des Pulverbettes selektiv nach digitalem Modell	Außergewöhnliche geometrische Fähigkeiten und Materialvielfalt für funktionelle Titanbauteile zur Endanwendung	Langsamere Baugeschwindigkeiten als beim DED; Größenbeschränkungen durch das Maschinenbett
Gezielte Energieabscheidung	Fokussierte Wärmequelle schmilzt Metallpulversprühdüse	Größere Bauteile möglich; kumulative Baufläche. Ideal für Reparaturen und Beschichtungen.	Schlechtere Oberflächengüte; höhere Porosität - erfordert umfangreiche Nachbearbeitung

Laserbasierte Verfahren werden derzeit am häufigsten für das Drucken hochreiner Titanlegierungen eingesetzt, da sie sich durch Präzision und Materialeigenschaften auszeichnen.

Anwendungen von Titan-Am-Pulver

Dank der Vorteile des Titanmaterials, wie hohe mechanische Leistung pro Gewichtseinheit, kombiniert mit der Freiheit des AM-Designs, gibt es viele Anwendungen:

Branchen, die Titan-AM-Teile einsetzen

Luft- und Raumfahrt - Motorhalterungen, Drohnenteile, Satellitenkomponenten

Medizinisch & Zahnmedizinisch - Implantate, Prothesen, chirurgische Instrumente

Automobilindustrie - Motorsportausrüstung, kundenspezifische Halterungen

Öl und Gas - Tiefseewerkzeuge, Ventile und Pumpen

Stromerzeugung - Leichtbau-Laufräder, Turbinenschaufeln

Neuartige technische Legierungen wie Ti-6242 erweitern die Möglichkeiten von Titan in wachstumsstarken Sektoren noch weiter.

Führende Anbieter von Titandruckpulvern

Zu den wichtigsten Herstellern von sphärischen Titanpulvern für zuverlässige AM-Prozesse gehören:

Titanpulver Hersteller

Unternehmen	Gemeinsame Noten	Preis/Kg
AP&C	Ti-6Al-4V, Ti-6242, Güteklasse 2, 23	$50 – $350
Der Linde Konzern	Ti-6Al-4V, Güteklasse 2, 23, 5	$200 – $600
Wolfram-Metall-Pulver	Ti-6Al-4V, Güteklasse 5	$100 – $500
Sandvik	Ti-6Al-4V	$120 – $310

Die Preise hängen wesentlich von den Reinheitsstandards, den Parametern der Pulvergröße, der zertifizierten Chemie und den Abnahmemengen ab.

FAQ

Welcher Titanlegierungsgrad eignet sich am besten für medizinische oder zahnmedizinische AM-Teile?

Medizinisches Titan der Güteklasse 5 mit strengen chemischen Kontrollen wird für biologisch inerte Implantatanwendungen empfohlen, die eine optimale Biokompatibilität und eine hohe Ermüdungsleistung erfordern.

Warum ist ein niedriger Sauerstoffgehalt bei Titandruckpulvern so wichtig?

Ein hoher Sauerstoffgehalt führt zu überschüssigen Titanoxiden, die die Schmelzfähigkeit, Duktilität, Ermüdungsfestigkeit und mechanische Leistung beeinträchtigen. Der Sauerstoffgehalt wird auf unter 0,18-0,2% begrenzt.

Welche Titanlegierungen profitieren am meisten von Nachbearbeitungsprozessen?

Zweifache Wärmebehandlungen für Ti-6Al-4V erhöhen die Zugfestigkeit und verbessern gleichzeitig die Duktilität. Titan der Güteklasse 2 erzielt die höchsten Zugfestigkeitssteigerungen durch Entlastungsglühen, gefolgt von einer Alterungsreaktion.

Ist für AM-Teile aus Titan eine Oberflächenbehandlung erforderlich?

Bestimmte Anwendungen erfordern Maßgenauigkeit, tribologische, ästhetische oder inaktivierende Anforderungen, die am besten durch Oberflächenveredelung erfüllt werden - einschließlich Präzisions-CNC-Bearbeitung, Schleifen/Polieren, Erodieren, Kugelstrahlen, Eloxieren, plasma-elektrolytische Oxidation usw.

Wie sollten Lieferanten für Aufträge zum Druck von Titanpulver bewertet werden?

Zu den führenden kritischen Merkmalen, die von Additivherstellern und Konstrukteuren für die Qualifizierung von Titanpulverlieferanten herangezogen werden und die über einen angemessenen Preis hinausgehen, gehören: kugelförmige Morphologie, strenge Kontrolle der Partikelgrößenverteilung, extrem niedriger Gehalt an gasförmigen Verunreinigungen (insbesondere Sauerstoff und Stickstoff), Rückverfolgbarkeit der Charge durch ein strenges Qualitätsmanagementsystem, reaktionsschnelles technisches Fachwissen, Verfügbarkeit von Probenahmen und Zertifizierungen, die standardisierte interne Prüfprotokolle belegen.

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