Titanium Ti-6Al-4V (TC4) WAAM (Draht-und-Lichtbogen-additive Fertigung) 3D-Druck
Einführung in die WAAM-additive Fertigung für die Titanlegierung TC4
Ti-6Al-4V (TC4) ist die am weitesten verbreitete α+β-Titanlegierung und bietet ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit. WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing – Draht-und-Lichtbogen-additive Fertigung) bietet eine effiziente Lösung zur Herstellung großformatiger TC4-Komponenten mit geringem Materialverschleiß und hohen Abscheideraten.
Bei Neway Aerotech bieten wir WAAM-Titan-additive Fertigungsdienste für die Luftfahrt-, Marine-, Energie- und Werkzeugindustrie an, die die Produktion und Reparatur hochleistungsfähiger TC4-Strukturkomponenten ermöglichen.
WAAM-Prozessfähigkeiten für TC4-Titan
Wichtige technische Parameter
Parameter | Wert | Beschreibung |
|---|---|---|
Abscheiderate | 1–4 kg/h | Ermöglicht schnellen Aufbau großer Strukturen |
Drahtdurchmesser | 1,2–1,6 mm | Standard-Schweißdraht-Zusatzwerkstoff aus Ti-6Al-4V |
Schutzgas | Argon (≥99,99 %) | Verhindert Oxidation während der Abscheidung |
Zwischenlagen-Temperatur | 150–300 °C | Steuerung von Eigenspannungen und thermischem Gradienten |
Enddichte | ≥99,5 % | Vergleichbar mit geschmiedeten Ti-6Al-4V-Materialien |
WAAM-Aufbauten können bei entsprechender Prozesssteuerung und Nachwärmebehandlung mechanische Eigenschaften erreichen, die nahezu denen von geschmiedetem Material entsprechen.
Mechanische Eigenschaften von Ti-6Al-4V (TC4) mittels WAAM
Eigenschaft | Wertebereich (im Anlieferungszustand) | Wärmebehandelt (geglüht) | Beschreibung |
|---|---|---|---|
Zugfestigkeit | 900–950 MPa | 950–1000 MPa | Hohe strukturelle Festigkeit |
Streckgrenze | 850–900 MPa | 880–950 MPa | Geeignet für Belastungen in Luftfahrt und Marine |
Bruchdehnung | 8–12 % | 10–14 % | Behält Duktilität in großflächigen Wandstrukturen bei |
Dichte | 4,43 g/cm³ | — | Leichtgewicht mit hervorragendem Festigkeitsverhältnis |
Härte (HV) | 320–340 HV | 330–360 HV | Verschleißfestigkeit für externe Anwendungen |
Vorteile von WAAM für TC4-Titan-Komponenten
Hohe Materialausnutzung: Über 90 % Effizienz vom Draht zum Bauteil, Reduzierung des Abfalls im Vergleich zu subtraktiven Verfahren.
Großformatige Fähigkeiten: Ermöglicht die Herstellung von Titanteilen im Metermaßstab wie Trägern, Rippen und Rumpfrahmen.
Reparatur und hybride Integration: Unterstützt die Wiederherstellung von Komponenten oder die Integration mit CNC-Bearbeitung für kritische Toleranzen.
Geringere Produktionskosten: 40–60 % Kosteneinsparung gegenüber herkömmlicher Knüppelbearbeitung für große Strukturteile.
Fallstudie: WAAM einer TC4-Titan-Trägerstruktur für die Luftfahrt
Projekthintergrund
Ein Kunde aus der Luftfahrt benötigte ein 1,2 Meter langes TC4-Flügelspant-Segment mit Gewichtsbeschränkungen und einer mechanischen Festigkeit, die geschmiedeten Teilen entspricht. Herkömmliche CNC-Bearbeitung aus Knüppelmaterial würde zu einem Abfall von >80 % und langen Zykluszeiten führen.
Fertigungsablauf
Drahtmaterial: Ti-6Al-4V (TC4), Ø1,6 mm, AWS A5.16 Güte ELI.
WAAM-Einrichtung: Tandem-Brenner-WIG-WAAM, Abscheiderate 2,8 kg/h, 400 A Stromstärke, 12 mm Raupenbreite.
Aufbaustrategie: Zickzack-Zwischenlagenbahn mit erneutem Einspannen zwischen den Lagen zur Steuerung des Wärmeeintrags.
Nachbearbeitung: Glühen bei 720 °C für 2 Stunden; Spannungsarmglühen bei 540 °C zur Beseitigung von Verzug.
Finish: CNC-Bearbeitung von Präzisionsschnittstellen und Bohrungspositionierungen auf ±0,02 mm.
Inspektion und Oberflächenfinish
KMG-Inspektion bestätigte eine Profilabweichung von <0,03 mm über eine Länge von 1,2 m.
Oberflächengüte Ra ≤ 5 μm erreicht durch Rotationsbürsten und Strahlen mit Glasperlen.
Röntgenprüfung und Ultraschallprüfung zeigten vollständige Verschmelzung sowie keine Porosität oder Bindefehler.
Das fertige Teil bestand den Ermüdungstest bei 950 MPa für 10⁶ Zyklen ohne Rissinitiierung.
Ergebnisse und Verifizierung
Der mittels WAAM hergestellte TC4-Spant erzielte eine Materialkostenreduzierung von 45 % und eine Einsparung der Durchlaufzeit von 30 % im Vergleich zur CNC-Bearbeitung aus Knüppeln. Mechanische Tests bestätigten eine ultimative Festigkeit von 970 MPa und eine Bruchdehnung von 11,2 %, was es für Luftfahrt-Flughardware qualifiziert.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
Wie vergleicht sich WAAM mit SLM hinsichtlich der Größe von Titanteilen und der Abscheiderate?
Können TC4-WAAM-Teile die Qualifikationsanforderungen der Luftfahrt erfüllen?
Welche Wärmebehandlung wird nach der WAAM-Abscheidung für Ti-6Al-4V empfohlen?
Wie wird Verzug während des WAAM-Prozesses bei langen Titan-Komponenten managed?
Kann WAAM zur Reparatur von Titanteilen oder für hybride Aufbaustrategien verwendet werden?
