Dienstag, 14. September 2021 | 15:20 - 15:30

Halle 2: Innovation Symposium

Programmpunkt

Titan: Pulverzustand und Auswirkungen auf das Endprodukt

In dieser Studie an unterschiedlich hergestellten Zugpoben aus Ti6Al4V wird aufgezeigt, dass mit der additiven Fertigung hohe Festigkeiten, jedoch nur geringe Bruchdehnungen erreicht werden können. Diese Erkenntnis bestätigt den Bedarf für die Prüfung der chemischen und mechanischen Eigenschaften.

Additive Fertigung (AM) ist eine vielversprechende Technologie, die revolutionäre Möglichkeiten wie "Komplexität zum Nulltarif" erlaubt. Im Gegensatz dazu sind die physikalischen Eigenschaften dieser Bauteile oft weder bekannt noch bewertbar. Dies birgt neue Risiken und Herausforderungen in Bezug auf die Qualität und Zuverlässigkeit solcher Produkte, insbesondere für Anwendungen in der Medizintechnik.

In dieser Studie wurden die Effekte verschiedener Einflüsse auf die mechanischen und chemischen Eigenschaften von Ti6Al4V-Zugproben untersucht. Zugproben wurden in stehender und liegender Position mittels Laser Metal Fusion (LMF, MYSINT100 RM von Sisma S.p.A., Italien) im Swiss m4m Center hergestellt. Dazu wurden Pulver der Hersteller SISMA S.p.A. und Sandvik AB verwendet. Zusätzlich untersuchte Einflussgrössen waren die Feuchtigkeit des Pulvers und eine thermische Nachbehandlung, um Spannungen abzubauen.

Beide Pulver waren globular, wobei das Pulver von SISMA mit 17 ± 10 µm Durchmesser etwas grösser war als dasjenige von Sandvik mit 12 ± 8 µm. Alle Zugproben wiesen eine ausgezeichnete Zugfestigkeit Rm von 1100 bis 1217 MPa aus. Allerdings war die Duktilität mit einer Bruchdehnung von 1 bis 3 % schlechter als bei Proben aus Vollmaterial. Dies lag am martensitischen Gefüge der additiv gefertigten Proben, dies im Gegensatz zum globularen, zweiphasigen a/b-Gefüge beim Vollmaterial (nach einer Rekristallisation). An diesem Gefüge änderte auch die Wärmebehandlung (50 min @ 625 °C) nichts. Entsprechend waren die Zugfestigkeiten nach der Wärmebehandlung vergleichbar. Die erhöhte Feuchtigkeit des Pulvers führte teilweise zu einer leichten Reduktion der Zugfestigkeit, während auch die Duktilität abnahm. Dies korrelierte mit einem leicht erhöhten Sauerstoffgehalt des Endprodukts.

Diese Untersuchungen zeigen, dass mittels LMF hochfeste Proben hergestellt werden können. In dieser Studie war die Duktilität allerdings reduziert, was sich negativ auf die Ermüdungsbeständigkeit auswirken kann. Dies zeigt, dass die mechanischen Eigenschaften von AM-Bauteilen von klassisch hergestellten Bauteilen abweichen können. Wir empfehlen daher, die chemischen und mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten Proben regelmässig zu überprüfen und die Eigenschaften bei der Dimensionierung zu berücksichtigen.

 

Autoren

Maruan Lips1, Yannick Brandt1, Roman Heuberger1, Nicolas Bouduban2

1: RMS Foundation, Bettlach, Schweiz

2: Swiss m4m Center AG, Bettlach, Schweiz

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