Australische Forscher der Monash University untersuchen in einer weltweiten Studie, wie hochmoderne Metall-3D-Druckverfahren zur Herstellung einer ultrastarken kommerziellen Titanlegierung eingesetzt werden können. Die Forscher verwenden dabei 3D-Druckverfahren, um eine neuartige Mikrostruktur zu manipulieren und konnten dabei bereits beispiellose mechanische Leistungen erreichen, stellten die Wissenschaftler jetzt in einer Studie vor.

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Forscher der Monash University haben laut einer Pressemitteilung der Universität in einer Studie gezeigt, dass 3D-Druck-Techniken zur Herstellung ultrastarker kommerzieller Titanlegierungen eingesetzt werden können. Das soll einen deutlichen Fortschritt für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Energie und biomedizinische Unternehmen darstellen.

Unter der Leitung von Professor Aijung Huang und Dr. Yuman Zhu von der Monash University verwendeten australische Forscher ein 3D-Druckverfahren, um eine neuartige Mikrostruktur zu manipulieren und erzielten eigenen Angaben zufolge eine beispiellose mechanische Leistung. Ihre Arbeit haben sie im Fachjournal Nature in einem Artikel mit dem Titel „Ultrastrong nanotwinned titanium alloys through additive manufacturing“ vorgestellt.

3D-Druck mit Titanlegierungen

3D-Druck einer Titan-Komponente mit LPBF
Forscher untersuchen hochmoderne 3D-Drucktechniken zur Herstellung einer ultrastarken kommerziellen Titanlegierung (im Bild: 3D-Druck mit LPBF)(Bild © Monash University).

In Branchen wie der Luft- und Raumfahrt sind Titanlegierungen äußerst wichtig für die Verarbeitung mit einem industriellen Metall-3D-Drucker. Die meisten im Handel erhältlichen Titanlegierungen, die mit 3D-Druck hergestellt wurden, haben den Forschern zufolge jedoch keine zufriedenstellenden Eigenschaften für viele strukturelle Anwendungen. Sie sind unzureichend fest bei Raumtemperatur und bei erhöhten Temperaturen unter rauen Einsatzbedingungen, kommen die Wissenschaftler in ihrer Studie zum Ergebnis.

Verschiedene Unternehmen und Forschungseinrichtungen arbeiten ebenfalls an der Verbesserung von Titanlegierungen. IperionX und ORNL gaben im Juli 2022 ihre Kooperation bei der Entwicklung von Titanlegierungen für den 3D-Druck bekannt. Im Rahmen des VARETIT-Projekts untersuchen Forscher aus Dänemark vom Danish Technological Institute (DTI) außerdem die nachhaltige Weiterverwendung von Titanresten. Mit diesen entwickeln sie Titanpulver für den 3D-Druck und prüfen es auf Porosität und andere Eigenschaften.

Weiteres zur Arbeit der Monash University

Professor Huang von der  Monash University sagt dazu:

„Titanlegierungen erfordern ein komplexes Gießen und eine thermomechanische Bearbeitung, um die hohen Festigkeiten zu erreichen, die für einige kritische Anwendungen erforderlich sind. Wir haben entdeckt, dass die additive Fertigung ihren einzigartigen Herstellungsprozess nutzen kann, um ultrastarke und thermisch stabile Teile aus handelsüblichen Titanlegierungen herzustellen, die direkt im Betrieb eingesetzt werden können. Nach einer einfachen Nachwärmebehandlung einer handelsüblichen Titanlegierung werden ausreichende Dehnungs- und Zugfestigkeiten von über 1.600 MPa erreicht, die bisher höchste spezifische Festigkeit aller 3D-gedruckten Metalle. Diese Arbeit ebnet den Weg zur Herstellung von Strukturmaterialien mit einzigartigen Mikrostrukturen und hervorragenden Eigenschaften für breite Anwendungen.“

Professor Huang erklärt weiter:

„Unsere Ergebnisse bieten einen völlig neuen Ansatz für die Ausscheidungshärtung in kommerziellen Legierungen, die zur Herstellung realer Komponenten mit komplexer Form für lasttragende Anwendungen genutzt werden können. Diese Anwendung fehlt bis heute für alle Titanlegierungen. Der 3D-Druck plus einfache Wärmebehandlung bedeutet auch, dass die Prozesskosten im Vergleich zu anderen Materialien mit ähnlicher Festigkeit stark reduziert werden.“

Mit ihrer Arbeit wollen die Forscher grundlegende Einblicke in die Prinzipien der Verstärkungs- und Versetzungstechnik auf dem Gebiet der physikalischen Metallurgie geben.

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