Cold Spray Additive Manufacturing (CSAM) Prozesskette für Ti-6Al-4V mit N2 als Prozessgas
Ti-6Al-4V galt bisher als einer der anspruchsvollsten und herausforderndsten Werkstoffe zum Verarbeiten mit der Kaltgastechnologie. Die hohe Partikelgeschwindigkeit und die daraus resultierende hohe kinetische Energie, die beim Verarbeiten von Ti-6Al-4V mit dem Kaltgasprozess benötigt wird, führten bislang zu einer Porosität des Schichtaufbaus von 3 % und höher.
Die durch Impact Innovations entwickelte Prozesskette zur additiven Herstellung von Bauteilen aus Ti-6Al-4V erzielt nun eine Porosität des Schichtaufbaus von < 0,5 % und daher mechanische Eigenschaften, die die Anforderungen von ASTM F3001, ISO 5832-3 und AMS 4930 übertreffen.
Die perfekt abgestimmte Kombination aus Beschichtungshardware, Prozessparametern und Nachbehandlungsmethode ist der entscheidende Schlüssel für den erfolgreichen CSAM-Prozess.
Im Gegensatz zu anderen additiven Fertigungstechnologien erfolgt die Verbindung bei der Kaltgastechnologie rein durch die hohe kinetische Energie und die daraus resultierende plastische Verformung der Pulverpartikel. Im Gegensatz zu anderen gängigen additiven Technologien wie Laser-, Elektronenstrahl- oder Lichtbogenverfahren werden die Partikel nicht an- oder aufgeschmolzen.
Beim Aufbauen von Bauteilen besteht daher keine Notwendigkeit einer speziellen Schutzgasatmosphäre. Die Aufbaurate von Ti-6Al-4V liegt bei ca. 3 kg/h, bei einer Auftragseffizienz von 98 %.
Das Team von Impact Innovations beschloss, seine neu entwickelte Prozesskette zur additiven Herstellung von Bauteilen aus Ti-6Al-4V an einem „Demo-Fanshaft“ für Turbojet-Flugzeugtriebwerken zu demonstrieren. Der „Demo-Fanshaft“ hat einen maximalen Durchmesser von 223 mm und ist 380 mm lang. Die additive Herstellung des „Demo-Fanshafts“ benötigte ca. 2 Stunden. Das Gewicht nach finaler mechanischer Endbearbeitung beträgt 3,2 kg.
Als Basis zum Aufbau des „Demo-Fanshafts“ wurde ein Aluminiumkern verwendet, welcher nach dem Auftragen der Ti-6Al-4V Beschichtung durch chemisches Lösen entfernt wurde. Nach dem Auslösen des Aluminiumkerns wurde das Bauteil speziellen Nachbehandlungsprozessen unterzogen, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften einstellen zu können. Anschließend wurde der „Demo-Fanshaft“ durch verschiedene mechanische Nachbearbeitungsprozesse wie Drehen, Fräsen und Erodieren auf das finale Design bearbeitet.
Die Ti-6Al-4V Legierung wird typischerweise in Marine- und Verteidigungsanwendungen, zur Herstellung von Luft- und Raumfahrtbauteilen, Gasturbinenkomponenten sowie biomedizinischen Implantaten und Prothesen verwendet.
