High-Performance Werkstoffe für die Industrie von morgen: Titan & Nickelbasis in der additiven Fertigung

Einleitung: Industrie 4.0 braucht Werkstoffe mit Präzision

Additive Fertigung verändert die industrielle Produktion grundlegend. Bauteile werden nicht mehr nur zerspant, geschmiedet oder gegossen, sondern schichtweise aus Metallpulver oder Draht aufgebaut. Dadurch entstehen Geometrien, die konventionell kaum oder nur mit hohem Aufwand realisierbar wären: integrierte Kühlkanäle, bionische Leichtbaustrukturen, komplexe Halterungen, patientenspezifische Implantate oder hochbelastete Turbinen- und Raumfahrtkomponenten.

Doch der Erfolg des metallischen 3D-Drucks hängt nicht allein von der Maschine ab. Entscheidend ist der Werkstoff. Besonders gefragt sind Titan Grade 5 ELI / Grade 23 / 3.7165 und Alloy 718 / 2.4668. Beide Werkstoffe verbinden hohe Leistungsfähigkeit mit anspruchsvoller Verarbeitbarkeit – und sind damit prädestiniert für High-End-Prototypen, Kleinserien und sicherheitskritische Anwendungen.

Für Unternehmen bedeutet das: Wer additive Fertigung strategisch nutzen will, braucht nicht nur Druckparameter und Konstruktionskompetenz, sondern auch eine belastbare Materialstrategie.

Technische Werkstoff-Highlights: Titan Grade 5 ELI / 3.7165

Titan Grade 5 ELI, auch Titan Grade 23 oder Ti-6Al-4V ELI genannt, ist eine besonders reine Variante der Titanlegierung Ti-6Al-4V. Die Werkstoffnummer lautet 3.7165. Der Zusatz ELI steht für „Extra Low Interstitials“ und beschreibt besonders niedrige Gehalte an Zwischengitterelementen wie Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff. Diese kontrollierte Reinheit ist vor allem für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Zähigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Biokompatibilität relevant. Datenblätter führen Titan Grade 23 / Ti-6Al-4V ELI unter der Werkstoffnummer 3.7165 sowie UNS R56401.

In der additiven Fertigung ist dieser Werkstoff besonders attraktiv, weil er ein sehr gutes Verhältnis aus Festigkeit zu Gewicht bietet. Genau das ist in Luftfahrt, Raumfahrt und Medizintechnik entscheidend. Jedes eingesparte Gramm kann die Effizienz eines Flugzeugbauteils verbessern, die Nutzlast einer Raumfahrtkomponente erhöhen oder den Tragekomfort eines Implantats steigern.

Typische Einsatzfelder sind:

• patientenspezifische Implantate

• orthopädische und dentaltechnische Komponenten

• Leichtbauhalterungen für Luftfahrt und Raumfahrt

• Strukturbauteile mit komplexen Gittergeometrien

• High-End-Prototypen mit hoher Funktionsintegration

Gerade in der Medizintechnik ist die Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, geringer Dichte, hoher Festigkeit und Biokompatibilität ein entscheidender Vorteil. Carpenter Technology beschreibt Ti-6Al-4V ELI als Werkstoff der Wahl für viele medizinische und dentale Anwendungen; die ELI-Variante bietet unter anderem bessere Schadentoleranz und gute Ermüdungseigenschaften.

Technische Werkstoff-Highlights: Alloy 718 / 2.4668

Alloy 718, häufig auch als IN718 oder Inconel® 718 bezeichnet, ist eine ausscheidungshärtbare Nickel-Chrom-Legierung mit der Werkstoffnummer 2.4668 und UNS N07718. Der Werkstoff ist für hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Temperaturbeständigkeit bekannt. Special Metals beschreibt INCONEL® alloy 718 als hochfesten, korrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Werkstoff für Einsatztemperaturen von sehr niedrigen Temperaturen bis etwa 1300 °F.

Für den metallischen 3D-Druck ist Alloy 718 besonders interessant, weil der Werkstoff in hochbelasteten, thermisch beanspruchten Komponenten eingesetzt werden kann. Additiv gefertigte Bauteile aus IN718 werden unter anderem für Gasturbinen-, Energie-, Prozess- und Hochtemperaturanwendungen beschrieben; EOS nennt für IN718 gute Zug-, Ermüdungs-, Kriech- und Bruchfestigkeit bis etwa 700 °C.

Typische Einsatzfelder sind:

• Turbinen- und Triebwerkskomponenten

• Raumfahrt- und Satellitenbauteile

• hochtemperaturbelastete Halterungen

• Komponenten für Energie- und Prozessindustrie

• Prototypen für extreme mechanische und thermische Lasten

  
  

Alloy 718 / 2.4668 ist damit ein Schlüsselwerkstoff für Anwendungen, bei denen Aluminium zu weich, Edelstahl zu schwer oder Titan thermisch nicht ausreichend belastbar wäre.

Warum Reinheit und chemische Zusammensetzung beim 3D-Druck noch kritischer sind

Beim konventionellen Bau wird Material häufig aus gewalztem, geschmiedetem oder gezogenem Halbzeug hergestellt. Die Materialeigenschaften sind durch etablierte Prozessketten, Umformgrade und Wärmebehandlungen relativ gut abgesichert. In der additiven Fertigung entsteht das Bauteil dagegen direkt im Herstellprozess – Schicht für Schicht.

Das macht die chemische Zusammensetzung noch kritischer. Bereits geringe Abweichungen bei Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Aluminium, Vanadium, Niob, Molybdän oder Titan können Einfluss auf Mikrostruktur, Rissneigung, Duktilität, Ermüdungsfestigkeit, Korrosionsverhalten und Wärmebehandelbarkeit haben.

Bei Titanpulvern ist insbesondere die Kontrolle der interstitiellen Elemente entscheidend. Zu hohe Sauerstoff- oder Stickstoffgehalte können die Festigkeit erhöhen, aber gleichzeitig die Dehnung und Zähigkeit reduzieren. Bei Nickelbasislegierungen wie Alloy 718 kommt es zusätzlich auf eine exakt abgestimmte Zusammensetzung an, damit Ausscheidungshärtung, Warmfestigkeit und Kriechbeständigkeit zuverlässig erreicht werden.

Für additive Verfahren bedeutet das:

Pulverqualität und Chargenstabilität sind entscheidend.

Eine Testreihe ist nur dann aussagekräftig, wenn die verwendete Charge reproduzierbar dokumentiert ist.

Zeugnisse und Rückverfolgbarkeit sind Pflicht.

Gerade in Luftfahrt, Raumfahrt und Medizintechnik reicht „ähnliches Material“ nicht aus.

Chemische Grenzwerte müssen eng eingehalten werden.

Kleine Abweichungen können große Auswirkungen auf Bauteilfreigaben haben.

Die Nachbehandlung muss zum Werkstoff passen.

Wärmebehandlung, HIP-Prozess, Spannungsarmglühen oder Oberflächenbearbeitung müssen auf Legierung und Herstellroute abgestimmt sein.

Branchenfokus: Luftfahrt, Raumfahrt und Medizintechnik

Luftfahrt: Gewicht reduzieren, Funktionen integrieren

In der Luftfahrt zählt jedes Gramm. Additive Fertigung ermöglicht Bauteile, die leichter und funktional komplexer sind als konventionelle Konstruktionen. Titan Grade 5 ELI / 3.7165 eignet sich für gewichtsoptimierte Strukturteile und Halterungen, während Alloy 718 / 2.4668 dort eingesetzt wird, wo hohe Temperatur- und Festigkeitsanforderungen bestehen.

Raumfahrt: Maximale Leistung bei minimaler Masse

Raumfahrtanwendungen verlangen extreme Zuverlässigkeit. Bauteile müssen Vibrationen, Temperaturwechsel, Vakuum, Startlasten und oft sehr lange Einsatzzeiten überstehen. Additiv gefertigte Nickelbasis- und Titanbauteile können hier helfen, Masse zu reduzieren, Komponenten zu integrieren und Montageaufwand zu senken.

Medizintechnik: Individualisierung mit höchster Materialkontrolle

In der Medizintechnik eröffnet additive Fertigung neue Möglichkeiten für patientenspezifische Implantate, poröse Oberflächenstrukturen und komplexe Geometrien. Titan Grade 5 ELI / 3.7165 ist hier besonders relevant, weil Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und definierte Reinheit zusammenkommen.

In allen drei Branchen gilt: Fehler sind keine Option. Bauteile müssen nicht nur funktionieren, sondern dokumentiert, reproduzierbar und freigabefähig sein.

TSA-Vorteil: Mehr als Materiallieferung

Taferner Stahlhandel versteht sich bei Innovationsprojekten nicht nur als Materiallieferant, sondern als Beschaffungspartner für anspruchsvolle Werkstoffthemen. Gerade in der additiven Fertigung entstehen viele Projekte nicht mit großen Serienmengen, sondern mit kleinen Testchargen, Sonderabmessungen, Musterteilen oder eng definierten Materialanforderungen.

TSA kann Kunden bei der Beschaffung von Titan, Nickelbasislegierungen, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Messing und Bronze unterstützen. Dazu gehören unter anderem Halbzeuge wie Rundstangen, Flachstangen, Bleche, Rohre und Schmiedeteile sowie maßgeschneiderte Sonderlösungen über ein weltweites Lieferantennetzwerk.

Für Entwicklungsabteilungen, technische Einkäufer und Projektleiter ist das besonders wertvoll. Nicht jedes Innovationsprojekt startet mit einer großen Bestellung. Oft geht es zunächst um:

• kleine Chargen für Versuchsreihen

• Vergleichswerkstoffe für Prototypen

• Materialmuster mit Zeugnis

• Sonderabmessungen für Testbauteile

• schnelle Beschaffung bei engen Projektfenstern

• internationale Quellen, wenn lokale Verfügbarkeit nicht ausreicht

Genau hier liegt der Vorteil eines spezialisierten Partners: TSA kann Anforderungen technisch einordnen, mögliche Beschaffungswege prüfen und Kunden bei der frühen Materialstrategie unterstützen.

Wirtschaftlicher Ausblick: Additive Fertigung wird zum strategischen Werkzeug

Der metallische 3D-Druck wird klassische Fertigungsverfahren nicht vollständig ersetzen. Er wird aber dort an Bedeutung gewinnen, wo Geometrie, Gewicht, Funktion und Entwicklungszeit entscheidend sind.

Wirtschaftlich interessant ist additive Fertigung vor allem dann, wenn sie nicht nur ein bestehendes Bauteil kopiert, sondern einen echten Mehrwert schafft:

weniger Bauteile durch Funktionsintegration

geringeres Gewicht durch topologieoptimierte Strukturen

schnellere Entwicklungszyklen durch Prototyping

kleinere Serien ohne teure Werkzeuge

bessere Performance durch optimierte Innenkanäle oder Gitterstrukturen

Damit verschiebt sich auch die Rolle des Materialeinkaufs. Statt nur Kilopreise zu vergleichen, müssen Unternehmen früher über Werkstoffverfügbarkeit, Chargenqualität, Normen, Zeugnisse und Skalierbarkeit nachdenken.

Fazit: Die Zukunft beginnt mit der richtigen Materialstrategie

Titan Grade 5 ELI / 3.7165 und Alloy 718 / 2.4668 zeigen, wohin sich die industrielle Werkstoffwelt entwickelt: leichter, leistungsfähiger, komplexer und stärker auf konkrete Anwendungen zugeschnitten.

In der additiven Fertigung entscheidet der Werkstoff nicht erst am Ende des Projekts, sondern bereits in der Konzeptphase. Wer Reinheit, chemische Zusammensetzung, Zeugnislage und Beschaffbarkeit früh berücksichtigt, reduziert Entwicklungsrisiken und beschleunigt den Weg vom Prototyp zur Anwendung.

Call-to-Action: Materialpartner für Innovations-Projekte

Sie planen ein Innovationsprojekt im Bereich additive Fertigung, High-End-Prototypenbau oder Sonderwerkstoffe? Taferner Stahlhandel unterstützt Sie bei der Beschaffung von Titan, Nickelbasislegierungen und weiteren Hochleistungswerkstoffen – auch bei kleinen Chargen, Testmengen und schwierigen Abmessungen.

Senden Sie Ihre Anfrage mit Werkstoff, Norm, Abmessung, Menge, Zeugnisanforderung und gewünschtem Liefertermin an TSA.

Starten Sie Ihr Innovationsprojekt mit der richtigen Materialbasis.

Hinweis: Alle technischen Angaben dienen der allgemeinen Orientierung und erfolgen ohne Gewähr. Die Eignung eines Werkstoffs ist stets anhand des konkreten Einsatzfalls, der geltenden Normen und der jeweiligen Betriebsbedingungen zu prüfen.