Ti Legierungen mit maßgeschneidertem Sauerstoffgehalt hergestellt mittels Plasma Lichtbogen Prozess (OXYgen CONtrol)
In den vergangenen Jahren hat der Anteil von Titanlegierungen für Anwendungen in der Luftfahrt zugenommen; ein modernes Flugzeug benötigt etwa 120-140 Tonnen an Halbzeug bzw. Rohmaterialien, aus dem z.B. über Schmiedeprozesse oder Zerspanprozesse Bauteile gefertigt werden. Das Verhältnis aus Rohmaterialbedarf zu Fertigteil (buy-to-fly-ratio) liegt im Schnitt bei einem Verhältnis von 6:1. Somit wird in vielen Fällen mehr als 80% des Rohmaterials verschwendet.
Der Trend der Luftfahrtindustrie geht deutlich in Richtung Nutzung additiver Fertigungstechnologien. Laser- bzw. Elektronenstrahl basierte Prozesse für die Standardlegierung Ti6Al4V sind für Bauteile bis etwa 0,5m in der Entwicklung bzw. Einführung. Diese Bauteile sind kostenintensiv, weil Pulver mit hohen Anforderungen und damit hohen Kosten zum Einsatz kommen. Für die Herstellung von großen Bauteilen (>0,5 m) sind Pulverbettverfahren nicht geeignet, zudem erfordert die Herstellung großer Bauteile den Einsatz von Verfahren mit hoher Aufbaurate. Additive Prozesse für Bauteile >0,5 m mit einem hohen „buy-to-fly“ Verhältnis sind bislang am Markt nicht verbreitet.
Ziel des Projektes ist es, mit dem Plasma Metal Deposition (PMD) Verfahren über einen Draht zugeführten Prozess Ti6Al4V Werkstoffe herzustellen, die den Luftfahrtanforderungen genügen und darauf ausgerichtet ist, große Bauteile >0,5 m herzustellen.
Eine zentrale Herausforderung bei der Herstellung von Titanwerkstoffen ist die Empfindlichkeit von Titan Sauerstoff aufzunehmen. Der Anteil von Sauerstoff in einem Bauteil hat einen gravierenden Einfluss auf die Eigenschaften, speziell die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Härte,..) und die Zerspanbarkeit des Materials. Die Herausforderung, die im Rahmen des Projektes gelöst wird, ist die Entwicklung einer Schutzgaszelle, die es ermöglicht den Sauerstoffgehalt während des Bauprozesses durch Gasregelung so zu kontrollieren, dass die gewünschte Eigenschaften erreicht werden.
Um diese Aufgabenstellung zu lösen, sind mehrere technologische Bausteine erforderlich, die durch die beiden Firmen SBI und RHP gemeinsam gelöst werden. Die entsprechende Untersuchung der Rohstoffauswahl sowie Charakterisierung dieser erfolgt durch RHP. SBI wird eine Schutzgaszelle entwickeln, die es ermöglicht den Restsauerstoffgehalt beim Aufbau zu kontrollieren und zu regeln. Diese wird an einer Anlage von RHP implementiert. Ziel ist es einen Prozess zu entwickeln, der es ermöglicht, über einen Draht basierten Prozess Titanbauteile für die Luftfahrt zu erzeugen. Dies wird von RHP an zwei Case Studies untersucht und demonstriert. Hierbei soll auch die Einsparung von Rohstoffen im Vergleich zur spanenden Fertigung aus dem Vollmaterial mit mehr als 50 % gezeigt werden, ein Kosteneinsparpotential von 25-35% wird erwartet. Eine erfolgreiche Umsetzung des Projektes stellt den Grundstein für ein hohes Umsatzpotential in beiden Firmen dar mit einer Wertschöpfung einerseits durch Verkauf von Anlagen bei SBI bzw. durch Produktion von Ti6Al4V Bauteilen bei RHP.
