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Alles, was Sie über den 3D-Druck von Titan wissen sollten
In der Liste der 3D-druckbaren Materialien gehört Titan noch immer zu den Newcomern. Eingeführt Anfang 2011 hat sich das Leichtmetall mit der chemischen Ordnungszahl 22 längst einen festen Platz unter den 3D-Druck-Materialien gesichert, nicht zuletzt dank seiner Eignung für Medizin-Produkte, wie etwa künstliche Hüftgelenke.
Grund genug, Ihnen Titan und seine vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten als 3D-Druck-Material etwas genauer vorzuführen.
Titan: Seine Entdeckung und seine Eigenschaften
Titan, ein Übergangsmetall der 4.Nebengruppe, gehört zu den 10 häufigsten, in der Erdkruste zu findenden Elementen, wo es allerdings meistens als Bestandteil von Mineralien vorkommt.
Entdeckt wurde Titan 1791 in Cornwall/England, durch den Geistlichen und Amateurchemiker William Gregor (1761 – 1817), seinen Namen erhielt dieses Leichtmetall allerdings 1795, als der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth (1743 – 1817) es ebenfalls entdeckte und bei seiner Namensgebung auf das griechische Göttergeschlecht der Titanen (Riesen in Menschengestalt) zurückgriff. Diese Namenswahl lässt bereits erkennen, dass Klaproth dem Titan ein erhebliches Potenzial einräumte.
Diese Synthese von Titan aus metallischem Erz begann erst 1831, als der bekannte deutsche Chemiker Justus von Liebig (1803 – 1873) ein erstes Verfahren hierfür entdeckte. In den folgenden Jahrzehnten wurde die Titan-Synthese immer weiter verbessert, bis William Justin Kroll (1889 – 1973), einem luxemburgischen Forscher und Metallurgen, Ende der 1930-er schließlich der Durchbruch gelang, mit dem nach ihm benannten Kroll-Prozess (1940 patentiert). Seither stellt die Produktion von technisch reinem Titan kein Problem mehr dar.
Der Schmelzpunkt von Titan liegt bei 1668°C, sein Siedepunkt bei 3260°C. Bis 882°C weist das paramagnetische Titan eine hexagonale Kristallstruktur auf, seine Dichte beträgt 4,50 g/cm3 (bei 25°C).
Titan als 3D-Druck-Metall
Wie die meisten anderen Metalle wird auch Titan im Selektiven Laserschmelzen (SLM-Verfahren) gedruckt. Bei diesem, um 1995 durch das Aachener Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) entwickeltem 3D-Druckverfahren wird das Pulverform vorliegende Metall als dünne Schicht (ca. 30 – 50 μm) auf eine Druckplatte (bezeichnet auch als Substratplatte) aufgetragen, wo es mit Hilfe eines Laserstrahls, gemäß der in den CAD-Dateien festgelegten Struktur, lokal geschmolzen wird (wie wir in unserem Blog bereits berichteten). Zum Schutz vor unerwünschten chemischen Reaktionen findet dieser Prozess unter einer Schutzgasathmosphäre aus Argon oder Stickstoff statt.
Nach dem Druck wird das Modell zunächst vorgehärtet und infiltriert, bevor es in einem Hochofen auf über 1000°C erhitzt und danach aufpoliert wird.
Die Einführung des SLM-Titan-Drucks im Januar 2011 brachte einen erheblichen Schritt in Richtung mehr Genauigkeit und Festigkeit in die additive Fertigung.
Die Eigenschaften von 3D-Druck-Titan
Das bei 3D Activation zum Einsatz kommende Ti64 beeindruckt durch hohe Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität und sein niedriges Gewicht. Es lässt sich mit Wandstärken ab 0,3 mm drucken, in einer Genauigkeit von bis zu 0,5 mm.
Anwendungsgebiete
Zu den wichtigsten Einsatzgebieten von Titan gehört die Medizintechnik, gefolgt vom Flugzeugbau. Ein ebenfalls nicht zu unterschätzendes Einsatzgebiet für den Titan-Druck ist die Herstellung von Schmuck.
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