ANSTO und Titomic kooperieren bei 3D-Druck mit Titan

Das australische Unternehmen Titomic setzt beim 3D-Druck von Titanbauteilen auf die Nachbearbeitung durch ein HIP-Verfahren (Hot Isostatic Pressing). In Kooperation mit der Forschungseinrichtung ANSTO konnte so die Materialqualität gesteigert werden.

Titomic verwendet kommerziell reines Titan in pulverisierter Form, anstatt von Titan-Aluminium-Legierungspulvern, für seine Produkte. Titan zeichnet sich durch ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aus, ist jedoch schwierig in bearbeitete Materialien zu verwandeln.

“Titan ist ein sehr empfindliches Material, wahrscheinlich eines der schlimmsten, wenn es um die Beeinträchtigung durch andere Elemente geht. Besonders empfindlich reagiert es auf die Auswirkungen von Sauerstoff”, erklärt der ehemalige Luft- und Raumfahrtingenieur Neil Matthews AM, jetzt Senior Technical Fellow bei Titomic.

Das Hauptproblem in der additiven Fertigung von Titan ist die Bildung von Poren während des Schichtaufbaus, welche die Duktilität des Materials beeinträchtigen können.

“Wir haben die Nachbearbeitung und das HIP-Verfahren untersucht, um die Porosität im Titanbauteil auf weniger als ein Prozent zu reduzieren, was dem Standard für konventionell hergestellte Titan-Aluminium-Legierungen entspricht.”

Bei dem Prozess wird ein maximaler Druck von 200 MPa in einer Argonatmosphäre auf das Material ausgeübt. Zudem wurde festgestellt, dass die Verwendung von Partikeln mit unregelmäßiger Form im Kaltgasspritzen die Bauzeit verringert und die Porenbildung minimiert.

“Nach der Optimierung des additiven Kaltgasspritzverfahrens zur Erzielung einer maximalen Abscheidungseffizienz und einer maximalen Haftfestigkeit bei Titomic wenden wir eine Wärmebehandlung an, um die Körner neu auszurichten und die Mikrostruktur zu verbessern, und anschließend eine HIP-Behandlung zur Erhöhung der Dichte als Nachbearbeitungsschritte”, so Matthews.

Die präzise Wahl der Parameter für das HIPing ist entscheidend.

“Wir achten auf die Optimierung aller Parameter, der Partikelgröße, der Partikelgeschwindigkeit und des anschließenden mechanischen Verhaltens während der additiven Fertigung”, so Matthews.

“Wir brauchen Spezialisten wie die Materialwissenschaftler von ANSTO, um die Parameter wie Temperatur, Druck und isothermische Haltezeit für die HIP-Behandlung auszuwählen”, so Matthews.

“ANSTO verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in der HIP-Behandlung und betreibt die größten HIP-Anlagen Australiens. Unsere Fähigkeit, die Leistung von Materialien vor und nach dem thermischen Behandlungsprozess zu qualifizieren und zu charakterisieren, ist für die Fertigungsindustrie sehr nützlich”, sagte Gerry Triani, Technischer Direktor von ANSTO Synroc Technologies.

Das Heißisostatische Pressen stellt eine vielversprechende Methode dar, um die Qualität und Leistung von 3D-gedruckten Titan-Komponenten zu verbessern. Durch das gezielte Adressieren von Materialschwächen wie der Porosität bringt dieses Verfahren additive Fertigungstechnologien einen Schritt weiter in Richtung industrieller Anwendbarkeit.