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Hochfeste Legierungen - essentiell für die Additive Fertigung!

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Enormes Potential für hochfeste Legierungen

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Legierungen wie Bronze und Stahl werden von der Menschheit seit Tausenden von Jahren verwendet, um die mechanische Leistung bzw. Festigkeit von Bauteilen und Werkzeugen zu erhöhen.

In der Additive Manufacturing-Industrie bergen hochfeste Legierungen als Alternativen zu etablierten Standardmaterialien wie AlSi10Mg und Ti6Al4V ein enormes Potential.

Neben der in der Luftfahrt bewährten Aluminiumbasis-Legierung A205 präsentiert ECKART TLS erstmalig auch die hochfesten Titanlegierungen Ti6242, Ti6246 und Ti-5553.

Dr. Ulrich Schmidt und Dr. Moritz Roscher, Business Line Functional Applications, erläutern, mit welchen Schwerpunkten wir unser Portfolio an hochfesten Al- und Ti-Basislegierungen für das Additive Manufacturing erweitern:

Schmidt: „Nach der Übernahme des britischen Unternehmens Aluminium Materials Technologies Ltd. (AMT) konnten wir uns erfolgreich auf dem AM-Markt als Entwickler und Anbieter von A20X positionieren. A20X ist ein leichtes Pulver auf Aluminiumbasis, das aus der für die Luft- und Raumfahrt zugelassenen (MMPDS) A205-Legierung gewonnen wird.“

Da es sich um eines der am weitesten verbreiteten AM-Verfahren handelt, war es für uns sinnvoll, hochfeste Aluminiumlegierungen zu entwickeln, die mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF) kompatibel sind. Das Problem ist, dass die Anfälligkeit herkömmlicher hochfester Aluminiumlegierungen für Heißrissbildung und eine allgemein schlechte Verarbeitbarkeit die Verwendung hochfester Aluminiumlegierungen im Laser-Pulverbettverfahren erschwert haben.

„Mit Hilfe unseres A20X konnten wir eine Produktlösung entwickeln,“ so Roscher.

Die einzigartige chemische Zusammensetzung von A20X enthält keramische TiB2-Partikel, die den Erstarrungsmechanismus modifizieren, was zu einer vollständig feinkörnigen Mikrostruktur führt. „Das Material ist nicht anfällig für Erstarrungsrisse und kann auf jeder handelsüblichen LPBF-Maschine verarbeitet werden.“

Das Bild oben zeigt ein Rennsportteil aus einem Formula-Studentenauto. Dieses Teil wurde bewusst mit A20X-Pulver gedruckt, da es außergewöhnliche mechanische Eigenschaften aufweist, die den Einsatz als kritische Komponente, insbesondere als Radträger, ermöglichen.

Verarbeitung mit weiteren AM-Technologien möglich

Wir arbeiten nun mit Hochdruck daran, die Verarbeitung auch mit anderen AM-Technologien zu ermöglichen. Derzeit ist LPBF die Hauptmethode für die Verarbeitung von A20X. In Machbarkeitsstudien wurde A20X jedoch erfolgreich für das laserbasierte DED (Direct Energy Deposition) eingesetzt.

„Wir treiben den Einsatz von A20X in DED-Anwendungen aktiv voran, da wir davon überzeugt sind, dass die Eigenschaften auch für diesen Anwendungsbereich perfekt geeignet sind", so die Experten.

Die Kosten und die Wiederverwertbarkeit sind nach wie vor wichtige Faktoren für AM-Anwender. Es werden alle Möglichkeiten ausgelotet, um die Endkosten des 3D-gedruckten Teils zu senken und das Beste aus jeder AM-Anlage herauszuholen.

„Die Eigenschaften unseres Materials ermöglichen die Wiederverwendung des Restmaterials am Ende der Produktion.”

Dr. Moritz Roscher

Manager Additive Fertigung - Legierungen

Sowohl Schmidt als auch Roscher bestätigen, dass das A20X-Pulver wiederverwendbar ist, unter der Voraussetzung, dass kritische Parameter wie der Sauerstoffgehalt oder die Entfernung von spratzigen Partikeln aus dem LPBF-Prozess berücksichtigt werden.

Es gibt keinen allgemeinen Leitfaden, da der gesamte individuelle Druckprozess berücksichtigt werden muss. Wissenschaftliche Projekte zur Verwendung von überschüssigem A20X-Pulver zeigen, dass es Wege gibt, wie z.B. das FAST-Verfahren, die ein erfolgreiches Recycling des Materials ermöglichen.

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Höchst leistungsfähige Titanlegierungen von ECKART

"Wenn es um Aluminiumlegierungen geht, ist die Stärke von ECKART die bekannte A20X-Legierung - ein einzigartiger Werkstoff mit Luftfahrtzulassung. Auf der Formnext-Messe präsentierten wir erstmals hochfeste Titanlegierungen wie Ti-5-5-5-3, Ti-6-2-4-2 oder Ti-6-2-4-6, die sich durch ihre mechanische Leistungsfähigkeit auszeichnen", so Schmidt und Roscher.

Titanlegierungen erfordern oft komplexe Guss- und thermomechanische Verfahren, um die für einige kritische Anwendungen erforderliche hohe Festigkeit zu erreichen. Dank seiner Fähigkeiten bleibt L-PBF eine der Technologien, die die Herstellung dieser gefragten festen und thermisch stabilen 3D-gedruckten Teile aus handelsüblichen Titanlegierungen ermöglichen kann.

Dank seiner jahrzehntelangen Erfahrung in der Herstellung von reinem, sphärischen und unregelmäßigen Aluminiumpulver, von Metallpulvern auf Zink- und Kupferbasis sowie von verschiedenen Titanlegierungen ist ECKART ein zuverlässiger und versierter Lieferant für die AM-Industrie.

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Kapazitätserweiterungen in Planung

Trotz eines schwierigen Marktumfelds, das von starken Preisschwankungen, Lieferketten- und Rohstoffengpässen auf der ganzen Welt geprägt ist, profitieren die Metallpulversegmente nach Angaben von Brancheninsidern von dem überdurchschnittlichen Wachstum der AM-Industrie. Um mit den wachsenden Märkten Schritt zu halten, erwägt ECKART bereits Kapazitätserweiterungen für seine AM-Pulver.