Nieuwe titaniumlegering maakt 3D‑printen sterker en goedkoper

Ingenieurs van het Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) hebben een nieuw productieproces onthuld om 3D‑geprint titanium te maken. Het vernieuwde ontwerp vervangt dure ingrediënten terwijl het de duurzaamheid verbetert en de productiekosten en -tijd verlaagt. Hier leest u hoe deze geüpgradede titaniumlegering het potentieel heeft om verschillende industrieën te revolutioneren, terwijl het innovatieve nieuwe composietontwerpen inspireert.

3D‑geprinte titaniumlegeringen

Het vermogen om titaniumlegering te 3D‑printen bestaat nog maar ongeveer een decennium en blijft elk jaar evolueren. Er zijn veel redenen waarom wetenschappers blijven kiezen voor titaniumlegeringen als ideaal 3D‑printmateriaal. Ten eerste bieden ze een uitzonderlijke sterkte‑gewichtsverhouding. Bovendien is het materiaal corrosiebestendig, wat bijdraagt aan het gebruik in medische en andere hightech mission‑critical apparaten.
Recente ontwikkelingen hebben de belangstelling voor 3D‑geprinte titaniumlegeringen verder aangewakkerd. De ontwikkeling van herhaalbare titaniumroosterstructuren heeft geholpen deze prints stabieler te maken, waardoor ze in meer toepassingen kunnen worden gebruikt. Opmerkelijk is dat de meest gebruikelijke manier om titaniumlegeringen te printen het gebruik van Laser Powder Bed Fusion (LPBF) of Directed Energy Deposition (DED) technieken is.

Begrijpen van Ti-6Al-4V: De industriestandaardlegering

Hoewel er veel soorten titaniumlegeringen zijn, is de meest populaire en gevestigde Titanium graad 5 (Ti-6Al-4V). Deze titaniumlegering biedt duurzaamheid, sterkte en een lage dichtheid aan prints. Bovendien maakt de veelzijdigheid het mogelijk om in een breed scala aan toepassingen te worden gebruikt, waaronder als een sleutelcomponent in geavanceerde lucht‑ en ruimtevaart‑ en automotive‑toepassingen.

Problemen met 3D‑printen van titaniumlegeringen

Hoewel populair, is Titanium graad 5 niet perfect. De tekortkomingen omvatten een ingewikkeld productieproces dat onderhevig is aan oxidatie, wat leidt tot fouten in de print. Om dit te voorkomen, kunnen deze apparaten alleen werken in een inert gasomgeving. Elk van deze vereisten verhoogt de totale kosten van 3D‑printen van titanium.

Waarom microstructuurcontrole belangrijk is bij titaniumprinten

Een van de grootste beperkende factoren van de huidige aanpak van 3D‑printen van titanium is het beheersen van de microstructurele overgangen die optreden tijdens het stollingsproces. Dit staat bekend als de columnaire naar equiaxe overgang (CET), en het is een cruciaal onderdeel dat moet worden beheerd om hoogwaardige titaniumlegeringprints te produceren.
Tot nu toe is het voor onderzoekers buitengewoon moeilijk geweest om precieze controle over de CET te krijgen. De gegevens tonen aan dat deze materialen tijdens het afkoelingsproces de neiging hebben kolomvormige microstructuren te creëren. Helaas ondermijnen deze structuren de integriteit van prints, wat resulteert in ongelijke mechanische eigenschappen en verminderde duurzaamheid.

3D‑geprinte titaniumlegeringstudie

Gelukkig kunnen deze problemen tot het verleden behoren. Een team van wetenschappers van het Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) heeft net ontdekt hoe ze het volledige potentieel van 3D‑geprinte titaniumlegeringen kunnen ontsluiten.

Hun studie¹, “Compositional criteria to predict columnar to equiaxed transitions in metal additive manufacturing“, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications, legt uit hoe ze de creatie van kolomvormige microstructuren hebben overwonnen met behulp van nieuwe materiaalmengsels.

Bron – RMIT University