TitanlegierungSelektives Laserschmelzen (SLM) ist die gängige Kerntechnologie in der additiven Fertigung mit Metallpulverbettschmelzverfahren (PBF) und derzeit die ausgereifteste und am weitesten industrialisierte 3D-Drucktechnologie zur Herstellung komplexer Titanlegierungskomponenten. Unter Verwendung eines Hochenergie-Faserlasers als Wärmequelle schmilzt dieser Prozess Schicht für Schicht selektiv vorab abgeschiedenes sphärisches Titanlegierungspulver, um direkt komplexe Metallteile zu erzeugen, die nahezu vollständig dicht sind und mechanische Eigenschaften besitzen, die mit denen traditioneller geschmiedeter Komponenten vergleichbar oder diesen sogar überlegen sind. Es geht effektiv auf die Schwachstellen der Branche ein, die mit der herkömmlichen Verarbeitung von Titanlegierungen (Schmieden und Bearbeiten) verbunden sind, wie z. B. hohe Herstellungsschwierigkeiten, geringe Materialausnutzung und die Unfähigkeit, komplexe Strukturen herzustellen.
Titanlegierungen sind bekanntermaßen „schwierig zu verarbeiten“: Mit einem Schmelzpunkt von über 1.600 Grad, einer hohen Härte und einer Wärmeleitfähigkeit, die nur ein -Fünftel der von Kohlenstoffstahl beträgt, gelingt es beim herkömmlichen Schmieden und Bearbeiten nicht nur nicht, komplexe Strukturen zu erzeugen, sondern führt auch zu einer erbärmlich geringen Materialausnutzung-typischerweise nur 5 bis 15 %. Das bedeutet, dass 90 % der teuren Titanlegierung als Schrott landen, was die Kosten enorm hoch hält.
Sind die Leistungsspezifikationen des Produkts wirklich auf dem neuesten Stand? Viele Menschen haben die vorgefasste Meinung, dass 3D--gedruckte Teile „alles sichtbar und ohne Substanz“ sind, aber SLM aus Titanlegierungen hat dieses Vorurteil vollständig widerlegt. SLM-hergestellte Teile können mit Geschwindigkeiten von bis zu 10⁶ K/s abkühlen, was zu einer Mikrostruktur führt, die weitaus dichter ist als die von herkömmlichen Schmiedeteilen und von Natur aus eine höhere Festigkeit bietet. Nehmen Sie als Beispiel die Titanlegierung TC4-die in der Branche am häufigsten verwendete-: Herkömmliche geschmiedete und geglühte Teile haben eine Zugfestigkeit von 895–930 MPa und eine Dehnung von 10–15 %; Im Gegensatz dazu erreichen Teile aus SLM-Titanlegierungen, die mit heißisostatischem Pressen (HIP) behandelt wurden, Zugfestigkeiten von 950–1.100 MPa und eine Dehnung von 15–20 % bei Dichten von über 99,9 %. Sie erfüllen nicht nur vollständig die Schmiedestandards, sondern übertreffen diese auch in bestimmten Eigenschaften, und die Leistungsschwankungen bei unterschiedlichen Ausrichtungen sind praktisch eliminiert, sodass sie den extremen Serviceanforderungen der Luft- und Raumfahrt- und Medizinindustrie voll und ganz gerecht werden. Derzeit ist die SLM-Technologie über die Laborvalidierung hinausgegangen und hat die Phase der groß angelegten industriellen Bereitstellung und klinischen Anwendung vollständig erreicht. Seine Kernanwendungen adressieren alle die „höchsten Herausforderungen“ in der High-End-Fertigung:
Luft- und Raumfahrt: Dies ist der größte Anwendungsmarkt für SLM. Von SLM-hergestellte Titanlegierungen werden in Strukturbauteilen des großen Passagierflugzeugs C919, in Treibstoffdüsen von Flugzeugtriebwerken, in Brennkammern von Raketentriebwerken und in leichten Strukturbauteilen für Satelliten verwendet. Es handelt sich um eine Kerntechnologie für die Leichtbauweise und schnelle Iteration von Luft- und Raumfahrtausrüstung. Biomedizin: Dies ist der ausgereifteste zivile Anwendungsbereich. Maßgeschneiderte Hüftgelenke, Wirbelsäulenfusionsgeräte und Kiefer- und Gesichtsprothesen-alle mit porösen Titanlegierungsstrukturen, die mittels SLM hergestellt werden-weisen elastische Module auf, die mit menschlichem Knochen gut kompatibel sind. Diese Strukturen verhindern wirksam Stress Shielding, fördern die Osseointegration und haben bereits eine breite klinische Anwendung gefunden. Darüber hinaus wird diese Technologie auch in großem Umfang in militärischen Waffen, korrosionsbeständiger Ausrüstung für Öl- und Gasbetriebe in der Tiefsee sowie in Kernkomponenten von Formel-1-Rennwagen der Spitzenklasse eingesetzt.
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