Limitierte Auflage: besondere Titan Heatbreak aus Ti6-5-0.5

Titan ist aufgrund seiner Festigkeit und geringeren Wärmeleitfähigkeit deutlich besser geeignet, die Aufgaben einer Thermalbarriere (engl.: heatbreak) zu erfüllen als Edelstahl. E3D-Online und andere Heatbreak-Hersteller verwenden für ihre Titan-Heatbreaks die meistverwendetste Titanlegierung der Welt: Grade 5 (oder auch Ti-6Al-4V, EN 3.7165, UNS R56400). Die Grade 5 Titanlegierung hat keine großen Schwächen, gilt als Allrounder und macht daher mehr als 50% der weltweiten Titanmengen aus.

Ich habe eine Heatbreak nach E3D-V6-Vorlage herstellen lassen die aus der deutlich selteneren und leider auch teureren Titanlegierung 6-5-0.5 besteht. Diese hat eine noch geringere Wärmeleitfähigkeit als Titan Grade 5 und ist dabei auch noch fester. Also in den beiden wichtigsten Eigenschaften einer heatbreak besser als Titan Grade 5.

Der Wärmestrom in einer Heatbreak aus der Titanlegierung 6-5-0.5 von Hotend (250°C) zu Coldend (30°C) beträgt dadurch nur etwa 1,78W. Im Verhältnis zur Edelstahl-Variante (mit etwa 6,37W) sind das nur 27,9%. Das bedeutet, das Coldend benötigt weniger als ein Drittel Kühlleistung und beugt dadurch Verstopfungen zuverlässig vor. Außerdem ist dadurch die Transitions-Zone, also Stelle wo das Filament den Aggregatzustand von fest zu flüssig wechselt, deutlich verkürzt. Das hat bessere Werte beim Retract und dem Druckbild zur Folge.

Weiterhin ist die Heatbreak durch die höhere Streckgrenze der Titanlegierung mehr als 4x stabiler als die Edelstahlvariante:

Aber das ist noch nicht alles. Um einen Schritt weiter zu gehen, als nur das bestmögliche Material zu wählen, wurde die Bohrung der Heatbreak anschließend aufwendig poliert. In 4 zusätzlichen Arbeitsschritten wurde die entsprechend untermaßige Bohrung auch noch gerieben und poliert. Dadurch besitzt die heatbreak eine spiegelglatte Innenwand an der das geschmolzene Filament kaum haften kann. Möglichen Jams (bekannt bei Drucken mit PLA und hohen retract-Werten) wird somit zusätzlich entgegengewirkt. Allerdings sind hohe Retract-Werte nicht mehr nötig, da die Transitionszone deutlich verkürzt ist.

Zum Vergleich:

AISI 303 (EN 1.4305, UNS S30300) Stainless Steel - Hauptlegierungsanteil: Chrom, Eisen, Nickel
- Dichte: 7,8g/cm³ (100%) - weniger ist besser
- Wärmeleitfähigkeit: 15 W/mK (100%) - weniger ist besser
- Streckgrenze: 230 MPa (100%) - mehr ist besser
- Rohstoffpreis: ~1,90€/kg (8mm Stab, 3m lang, Abnahme > 30kg) (100%) - weniger ist besser
- Wärmestrom: 6,37W (100%)

Grade 5 (Ti-6Al-4V, EN 3.7165, UNS R56400) Titanium - Hauptlegierungsanteil: Vanadium
- Dichte: 4,4g/cm³ (56,4%) - weniger ist besser
- Wärmeleitfähigkeit: 6,8 W/mK (45,3%) - weniger ist besser
- Streckgrenze: 910 GPa (395,6%) - mehr ist besser
- Rohstoffpreis: ~30€/kg (8mm Stab, 3m lang, Abnahme > 30kg) (1578,9%) - weniger ist besser
- Wärmestrom: 2,89W (45,4%) - weniger ist besser

Titanium 6-5-0.5 (EN 3.7155)- Hauptlegierungsanteil: Zirconium, Molybdenum
- Dichte: 4,5g/cm³ (57,7%) - weniger ist besser
- Wärmeleitfähigkeit: 4,2 W/mK (28%) - weniger ist besser
- Streckgrenze: 990 MPa (430,4%) - mehr ist besser
- Rohstoffpreis: ~70€/kg (8mm Stab, 3m lang, Abnahme > 30kg) (3684,2%) - weniger ist besser
- Wärmestrom: 1,78W (27,9%) - weniger ist besser

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