Titan ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien in der additiven Fertigung von Metallen – und das aus gutem Grund. Seine einzigartige Kombination aus hoher Festigkeit, geringem Gewicht, exzellenter Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität macht es ideal für anspruchsvolle industrielle und medizinische Anwendungen.
Im metallischen 3D-Druck hat sich Ti-6Al-4V Grade 23 als Standardlegierung für die Herstellung von Hochleistungskomponenten mit komplexen Geometrien etabliert. Dieser Artikel wirft einen genaueren Blick darauf, warum Titan in der additiven Metallfertigung so gut abschneidet und wie es mit der LPBF-Technologie zuverlässig verarbeitet werden kann.
Was macht Titan Ti-6Al-4V Grade 23 so besonders?
Ti-6Al-4V Grade 23 ist eine Titanlegierung, die primär aus Titan, Aluminium und Vanadium besteht. Im Vergleich zu Grade 5 weist Grade 23 einen reduzierten Sauerstoffgehalt auf, was die Duktilität und Korrosionsbeständigkeit verbessert – dadurch eignet sie sich besonders für sicherheitskritische und medizinische Anwendungen.
Zu den wichtigsten Werkstoffeigenschaften zählen:
- Hohe Festigkeit und Zähigkeit
- Geringe Dichte, was zu einem hervorragenden Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht führt
- Herausragende Korrosionsbeständigkeit
- Biokompatibilität, die den Einsatz in medizinischen Implantaten ermöglicht
Dank dieser Eigenschaften wird Ti-6Al-4V Grade 23 in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizintechnik und bei Hochleistungs-Konsumgütern vielseitig eingesetzt.
Typische Anwendungen von 3D-gedrucktem Titan
Der metallische 3D-Druck erschließt Designfreiheiten, die mit traditionellen Fertigungsmethoden nicht erreicht werden können – insbesondere bei Titankomponenten.
Häufige Anwendungsbereiche sind:
- Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, die eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht erfordern
- Automobilteile, die auf Leistung und Gewichtsreduzierung optimiert sind
- Medizinische Implantate und chirurgische Instrumente
- Schmuck und Designprodukte mit komplexen Geometrien
Die additive Fertigung ermöglicht interne Kanäle, Gitterstrukturen und topologieoptimierte Designs, die die Materialvorteile von Titan voll ausschöpfen.
Titan im LPBF-Verfahren: Optimiert für eine zuverlässige Produktion
Ti-6Al-4V Grade 23 ist besonders gut für das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) geeignet. Die Legierung behält über einen weiten Temperaturbereich ein stabiles Mikrogefüge bei, was eine konsistente Verarbeitung und reproduzierbare Bauteilqualität ermöglicht.
Bei der Verarbeitung auf Systemen von One Click Metal ist das Titanpulver für die Herstellung robuster, hochdichter Komponenten mit exzellenten mechanischen Eigenschaften optimiert.
Typische Prozessparameter sind:
- Schichtdicke: 30 µm
- Schutzgasatmosphäre: Argon
- Optimierte Pulverchemie für niedrige Fehlerraten
Mechanische Eigenschaften von LPBF-Titanteilen
Im Gusszustand (as-built) liefert Ti-6Al-4V Grade 23 bereits eine starke mechanische Leistung:
- Streckgrenze (Rp0,2): ~784 MPa
- Zugfestigkeit (Rm): ~1.137 MPa
- Bruchdehnung: ~15,6 %
Als wärmebehandelbare Legierung bietet Titan weiteres Optimierungspotenzial. Je nach Wärmebehandlungsstrategie kann die Bruchdehnung auf bis zu 22 % gesteigert werden, sodass Hersteller die Eigenschaften an spezifische Anwendungsanforderungen anpassen können.
Oberflächenqualität und Bauteilintegrität
Die Oberflächenqualität ist ein wichtiger Aspekt im metallischen 3D-Druck, insbesondere bei Funktions- und Medizinbauteilen.
Für LPBF-gedruckte Titanteile gilt:
- Oberflächenrauheit im Gusszustand (Ra): ~6,45 µm
- Nach dem Strahlen: ~3,45 µm
Zudem liegt die durchschnittliche interne Fehlerrate unter 0,1 %, was die hohe Prozessstabilität demonstriert, die mit optimierten Titanpulvern und kontrollierten Druckparametern erreichbar ist.
Warum Titan und metallischer 3D-Druck perfekt zusammenpassen
Titan profitiert in vollem Umfang von den Stärken der additiven Metallfertigung:
- Komplexe Leichtbaugeometrien verbessern die Leistung
- Material wird nur dort eingesetzt, wo es benötigt wird – das reduziert Abfall
- Hochwertige Teile können effizient in kleinen bis mittleren Losgrößen produziert werden
- Designiterationen lassen sich schnell und ohne Werkzeugänderungen umsetzen
Für Hersteller, die maximale Leistung pro Gramm anstreben, bleibt Titan eines der überzeugendsten verfügbaren Materialien.
Fazit: Titan als Eckpfeiler der additiven Metallfertigung
Ti-6Al-4V Grade 23 kombiniert exzellente Materialeigenschaften mit der Flexibilität der additiven Fertigung. Ob für die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik oder Hochleistungsanwendungen in der Industrie – Titan ermöglicht leichte, langlebige und hochoptimierte Komponenten, die konventionell nur schwer oder gar nicht herstellbar wären.
Mit optimierten Pulvern und bewährten LPBF-Prozessparametern machen Systeme von One Click Metal den Titan-3D-Druck zuverlässig, zugänglich und produktionsreif.
