Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15) Titan Selektives Laserschmelzen (SLM) 3D-Druck
Einführung in die additive Fertigung der Titanlegierung TA15
TA15 (Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr) ist eine nahezu-alpha-Titanlegierung, die für hohe Festigkeit, hervorragende Kriechbeständigkeit und überlegene Schweißbarkeit entwickelt wurde. Mit dem SLM-3D-Druck ermöglicht TA15 die Herstellung leichter, hochleistungsfähiger Luft- und Raumfahrt- sowie Strukturkomponenten mit komplexen Geometrien.
Bei Neway Aerotech liefern unsere SLM-Titan-3D-Druckdienste präzise TA15-Komponenten, optimiert für Anwendungen in der Luftfahrt, Energieversorgung und Verteidigung.
SLM-Technologie für die Titanlegierung TA15
Prozessfähigkeiten und Parameter
Parameter | Wert | Beschreibung |
|---|---|---|
Schichtdicke | 30–50 μm | Feine Auflösung für komplexe Luftfahrtgeometrien |
Atmosphäre der Baukammer | Inertes Argon | Verhindert Oxidation und Alpha-Case-Bildung |
Laserleistung | 200–400 W | Optimiert für gleichmäßiges Verschmelzen und minimale Porosität |
Relative Dichte | ≥ 99,5 % | Stellt die strukturelle Integrität sicher |
Wärmebehandlung | Glühen bei 800–850 °C | Verfeinert das Gefüge und reduziert Eigenspannungen |
Materialeigenschaften und Leistung von TA15
Eigenschaft | Wert | Relevanz in der Anwendung |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 1100–1200 MPa | Hohe Tragfähigkeit in Luftfahrtragmen |
Streckgrenze | ~1000 MPa | Strukturelle Unterstützung unter dynamischer Belastung |
Dichte | 4,48 g/cm³ | Leichtgewicht im Vergleich zu Stählen oder Nickellegierungen |
Dauerfestigkeitsgrenze (R=0,1) | ~550 MPa | Lange Lebensdauer in zyklischen Umgebungen |
Betriebstemperatur | Bis zu 500 °C | Thermische Stabilität für Triebwerks- und Flugzeugzellenkomponenten |
Warum TA15 für die additive Fertigung wählen?
TA15 kombiniert die Festigkeit einer nahezu-alpha-Legierung mit guter Schweißbarkeit, was es ideal für den SLM-3D-Druck macht.
Seine Kriechbeständigkeit und geringe Sauerstoffempfindlichkeit gewährleisten Stabilität unter Bedingungen großer Höhen und thermischer Schwankungen.
Im Gegensatz zu Ti-6Al-4V bietet TA15 eine verbesserte Hochtemperaturfestigkeit und wird häufig in Hochgeschwindigkeitsflugzeugen und Raketenstrukturen eingesetzt.
Fallstudie: SLM-3D-gedrucktes Fachwerk-Stützhalter aus TA15 für Luftfahrzeugzellen
Projekthintergrund
Ein OEM aus der Luft- und Raumfahrt benötigte ein hochfestes, leichtes Fachwerk-Stützhalter, das hinsichtlich Topologie und Gewichtsreduzierung optimiert war. Die Halterung musste einer axialen Belastung von 40 kN bei 480 °C standhalten, wobei geometrische Einschränkungen eine spanende Bearbeitung nicht zuließen.
Fertigungsablauf
Konstruktion: Topologieoptimierte Geometrie als STL importiert; minimale Wandstärke 1,2 mm; Verrundungen und Radien >1 mm für zuverlässiges Verschmelzen.
Material: TA15-Titanpulver, D50 ~35 µm, argonzerstäubt.
Druckprozess: SLM mit 40 µm Schichtdicke, 350 W Laser, Argonatmosphäre, 200 mm/s Scan-Geschwindigkeit.
Nachbearbeitung: HIP bei 920 °C / 100 MPa für 2 Stunden; Geglüht bei 830 °C zur Spannungsarmglühung.
Bearbeitung & Passung: Befestigungslöcher und Flanschflächen wurden mittels 5-Achs-CNC auf ±0,01 mm Toleranz fertiggestellt.
Oberflächenveredelung und Inspektion
Ra-Wert durch Mikrostrahlen und mechanisches Polieren von 14 μm auf 3 μm reduziert.
KMG-Inspektion bestätigte geometrische Genauigkeit innerhalb von ±0,02 mm.
Röntgen-CT-Scan detektierte keine interne Porosität oder Verschmelzungsfehler.
Ermüdungstest bei 500 MPa über 10⁷ Zyklen ohne Versagen bestanden.
Ergebnisse und Verifizierung
Die SLM-gedruckte TA15-Halterung erreichte eine Gewichtsreduzierung von 38 % im Vergleich zu einem geschmiedeten Aluminiumäquivalent und bestand sowohl Zug- (1150 MPa) als auch Ermüdungstests (10⁷ Zyklen). Der Kunde genehmigte die Produktion für Flughardware nach Qualifizierung unter simulierten Höhen- und Thermolastbedingungen.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
Wie schneidet TA15 im Vergleich zu Ti-6Al-4V hinsichtlich mechanischer und thermischer Leistung ab?
Welche Wärmebehandlung nach dem Prozess wird für SLM-gedruckte TA15-Teile empfohlen?
Kann TA15 in strukturellen Luftfahrtkomponenten mit sicherheitskritischen Lasten verwendet werden?
Wie fein können interne Gitterstrukturen mit TA15 mittels SLM gedruckt werden?
Welche Oberflächenveredelung ist am besten geeignet, um die Ermüdungslebensdauer von gedruckten TA15-Komponenten zu verbessern?
