Z3DLAB stellt sich der Herausforderung von fortschrittlichem Titan in AM

Z3DLAB, ein französischer Spezialist für additive Fertigung, wurde 2014 gegründet und hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von fortschrittlichem Titan für die AM-Industrie spezialisiert. Nach 7 Jahren ist Z3DLAB stolz darauf, wissenschaftlich zu bestätigen, dass die ZTi-Pulver-Familie ihre einzigartigen physikalischen und mechanischen Eigenschaften unter Beweis gestellt und damit nicht nur die Ti64-Legierung verbessert, sondern auch die Nachteile von Ti64 beseitigt hat.

Z3DLAB ist eines der einzigen Unternehmen, die sich mit den Problemen der Verwendung von AM-Maschinen mit besserem Titan als geschmiedetem Titan beschäftigen.

Warum Titan?

Aufgrund seiner guten Hochtemperaturstabilität, seiner hohen Korrosionsbeständigkeit und seiner spezifischen Festigkeit ist Ti64 eine der am häufigsten verwendeten Titanlegierungen und macht mehr als 50 % des weltweit verwendeten Titans aus. Ti64 wird seit den 1950er Jahren in der Industrie verwendet und ist in der Luft- und Raumfahrt, der Biomedizin und der Automobilindustrie weit verbreitet. Die relativ geringe Verschleißfestigkeit, die niedrige Wärmebeständigkeit und die geringe Ermüdungsbeständigkeit von Ti64 sind jedoch die größten Nachteile, die seine breite Anwendung in der Industrie einschränken, insbesondere in der additiven Fertigung, wo die Ermüdungsbeständigkeit von Ti64 geringer ist als die seines geschmiedeten Gegenstücks.

Entwurf

Es wurden zwei verschiedene Matrizen angestrebt: die Ti64-Matrix der ZTi-Powder Familie und die CP-Ti-Matrix der ZTi-Med Familie.

Validierung

2015 demonstrierte Z3DLAB auf der “les Assises Européennes de la fabrication additive” die weltweit erste erfolgreiche Fusion von Ti64 mit Nano-Keramik und eröffnete damit das Feld für MMCs (Metal Matrix Composites) in der AM-Welt. Der Start für die ZTi-Pulver Familie in verschiedenen Konzentrationen (ZTP10, ZTP25, ZTP50).

2017 ging Z3DLAB eine Beziehung mit dem koreanischen Hersteller von DeD-Maschinen (Directed Energy Deposition) Hersteller InssTek, um ZTi-Powder® auf deren Maschinen einzusetzen, woraus ein EUREKA-Projekt im Juli 2018 und endete erfolgreich im Mai 2021. Erst im Jahr 2022 wurde eine wissenschaftliche Arbeit mit den drei angesehenen Instituten KIAST & KITECH in Korea und dem CNRS in Frankreich, die die mechanischen Eigenschaften von ZTP10 aus der ZTi-Powder® Familie, die von DeD machines hergestellt werden.

In den Jahren 2019 und 2020 wurden zwei wissenschaftliche Artikel vom französischen Forschungszentrum CNRS in den beiden Zeitschriften “Materials & Design” und “Data in brief” veröffentlicht. Diese Arbeiten zeigten die einzigartigen mechanischen Eigenschaften der ZTi-Powder Familie und lieferten die wissenschaftlichen Erklärungen für

“Das Auftreten eines Oxiddispersionsverstärkungsmechanismus (ODS)” in ZTP10. Der ODS-Mechanismus wurde kürzlich auch von der NASA für ihre neue GRX-810-Legierung propagiert. Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch die Zugabe von Nanokeramik wurde kürzlich auch an der Universität von WISCONSIN-MADISON untersucht, die bestätigte, dass nano-yttriumoxidstabilisiertes Zirkoniumdioxidpulver (nYSZ) Defekte in Metallteilen drastisch reduziert. Auch die Nachbearbeitung von ZTP10 wurde erforscht und untersucht. Anfang 2022 wurde eine wissenschaftliche Abhandlung veröffentlicht, in der alle Aspekte der selbst entwickelten Nachbearbeitungswärmebehandlungen und insbesondere des heißisostatischen Pressens (HIP) und ihre Auswirkungen auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften des Materials dargestellt wurden.

Schließlich wurde im Juli 2022 eine weitere internationale (japanische, ungarische, französische) wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht, die die außergewöhnliche Ermüdungsleistung von ZTP10 im Vergleich zu Ti64 bestätigt. All diese Bemühungen wurden auch in einer Doktorarbeit aufgegriffen, die als eine der “zehn besten nationalen Dissertationen” in Frankreich im Jahr 2022 ausgewählt wurde.

Die Eigenschaften des neuen Materials ZTP10

Das MMC ZTP10 ist eine Legierung auf Ti64-Basis, die hervorragende Ergebnisse erzielt hat:

• Härter als normales Ti64 → (> 30%) 442 HV0.2
• Höhere Hitzebeständigkeit → (>30%) als AM Ti64 bei 850°C
• Bessere Korrosionsbeständigkeit als AM Ti64
• Nano-Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid-Pulver → ODS-Bildung
• Höhere Ermüdungsbeständigkeit → (>40%) als AM Ti64

Aktuelle Entwicklung

Das gleiche Engagement gilt auch für die ZTi-Med Familie, insbesondere für den ZTM14N, eine trinäre Legierung, die ebenfalls einzigartige Eigenschaften aufweist. Dieses Programm wurde im Jahr 2020 gestartet.

Produktion

Z3DLAB verfügt über eine unmittelbare Produktionskapazität von 4T/Jahr und ist bestrebt, diese schnell zu erweitern durch Partnerschaften (finanziell/industriell) Z3DLAB treibt die Innovation einzigartiger Materialien auf Titanbasis ständig voran und ständig in Resonanz mit den Bedürfnissen des Marktes und erfüllt sein Motto: “Wir konzipieren und produzieren auf eine andere Art für ein besseres Leben”.

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