Ny Titanlegering Gør 3D-Print Stærkere og Billigere

Ingeniører ved RMIT University i Melbourne har undersøgt, hvordan sammensætningen af titanlegeringer påvirker kornstrukturen under metalprint. I en undersøgelse offentliggjort i Nature Communications i juli 2025 sammenlignede de tre mål for at forudsige overgangen fra søjleformede til mere ensartede korn. Resultaterne kan hjælpe med at designe legeringer til 3D-print, men de er ikke en dokumentation for, at færdige flydele eller medicinske implantater allerede er godkendt.

3D-printede titanlegeringer

Titan har et højt styrke-vægt-forhold og god korrosionsbestandighed. Derfor anvendes titanlegeringer i blandt andet rumfart og medicinsk udstyr. Metalprint kan fremstille komplicerede former ved at tilføje materiale lag for lag. Laser powder bed fusion og directed energy deposition er to metoder, men de har forskellige processer og begrænsninger.

Ti-6Al-4V som reference

Ti-6Al-4V, også kaldet titan grad 5, er en udbredt legering med aluminium og vanadium. Den fungerer som vigtig reference, men egenskaberne af et print afhænger både af legering, proces, porøsitet og efterbehandling. RMIT’s forsøg undersøgte også andre kombinationer af grundstoffer; forskernes resultater må ikke beskrives som en generel forbedring af alle printede titandele.

Hvorfor mikrostrukturen betyder noget

Når smeltet metal størkner under printning, kan det danne lange søjleformede korn. Sådanne korn kan gøre materialets mekaniske egenskaber forskellige i forskellige retninger. Mere ligeligt formede korn, kaldet ækviaske korn, kan mindske denne anisotropi. Kornformen er dog kun én del af kvaliteten: revner, porer og overfladefejl skal også vurderes.

Hvad undersøgte forskerne?

Forskerne sammenlignede tre sammensætningsmål: størkningsintervallet uden ligevægt (ΔT_s), vækstbegrænsningsfaktoren (Q) og parameteren for konstitutionel underafkøling (P). Formålet var at forudsige overgangen fra søjleformede til ækviaske korn. I forsøg med titan-jern, titan-kobber, titan-kobber-jern og titan-molybdæn fremstillet ved laserbaseret directed energy deposition var P den mest pålidelige af de tre parametre til at vælge legeringselementer for de afprøvede forhold.

Studiet kombinerede beregninger med eksperimenter og sammenholdt resultaterne med andre legeringssystemer og printmetoder. Det angiver en designregel for mikrostruktur, ikke en universel garanti for styrke eller holdbarhed under alle belastninger. Den præcise sammensætning og printindstillinger skal stadig testes for hver anvendelse.

Resultater, omkostninger og begrænsninger

RMIT har oplyst, at en af de udviklede legeringer kan bruge billigere, mere tilgængelige elementer i stedet for vanadium, og at dens anslåede materialeomkostning ligger omkring en tredjedel under en almindelig titanlegering. Det er en sammenligning af legeringsmateriale, ikke en dokumenteret reduktion på en tredjedel i de samlede omkostninger ved en certificeret komponent. Maskintid, pulver, energiforbrug, kvalitetssikring og efterbehandling har også betydning.

Forskernes materialeprøver viste lovende mekaniske egenskaber. Før brug i sikkerhedskritiske dele kræves dog målinger af blandt andet udmattelse, korrosion, variation mellem print og ydeevne over tid. Det er endnu ikke påvist, at processen er lige billig eller giver samme resultat i alle maskiner og produktionsskalaer.

Mulige anvendelser

Fly og rumfart

Lettere og stærke metaldele kan være attraktive til fly og rumfart. Men materialet skal kvalificeres til konkrete komponenter, belastninger og sikkerhedsregler, før det kan anvendes her.

Medicinsk udstyr

Titan bruges i visse implantater. En ny printet legering kræver selvstændige undersøgelser af biokompatibilitet, slitage og langtidssikkerhed. RMIT-studiet er ikke en klinisk afprøvning af et implantat.

Biler og anden industri

Metalprint kan være nyttigt til specialdele og små serier, hvor formfrihed har værdi. Om den nye legering er økonomisk fordelagtig i masseproduktion, afhænger af konkrete produktionsomkostninger og krav til delen.

Kommercialisering og forskerhold

RMIT har omtalt en foreløbig patentansøgning og interesse for videre udvikling. Det er ikke en offentliggjort dato for bred kommerciel anvendelse. Undersøgelsen blev ledet af Ryan Brooke med Duyao Zhang, Dong Qiu, Mark A. Gibson og Mark Easton som medforfattere.

Investering i metalprint

Nano Dimension Ltd. (NNDM)

Nano Dimension (NNDM ) er en børsnoteret virksomhed inden for additiv fremstilling. Den deltog ikke i dette RMIT-studie. Forsøgsresultater med titanlegeringer siger ikke i sig selv noget om virksomhedens fremtidige indtjening eller aktiekurs.

Seneste nyheder om Nano Dimension (NNDM)

Konklusion

Studiet giver en mere præcis måde at vælge elementer til titanlegeringer, der skal danne ækviaske korn under 3D-print. Det er et skridt i materialedesign og kræver fortsat afprøvning af færdige dele, produktionsøkonomi og sikkerhed før industrielt brug. Læs den oprindelige undersøgelse.