Inconel 3D tisk: výhody, typy, aplikace

Přehled 3D tisku Inconel

3D tisk z materiálu Inconel, známá také jako aditivní výroba ze slitin Inconel, označuje výrobu součástí z kovových prášků Inconel pomocí technologií 3D tisku. Inconel je skupina superslitin na bázi niklu a chromu, která je známá pro své vysoké pevnostní, korozní a tepelně odolné vlastnosti. Mezi klíčové vlastnosti 3D tisku z materiálu Inconel patří:

• Umožňuje výrobu složitých, lehkých geometrií, které nejsou možné při konvenční výrobě.
• Dobré mechanické vlastnosti a výkonnost materiálu srovnatelné s dílci z tepaného Inconelu.
• Díly lze tisknout na vyžádání bez nutnosti použití forem, lisovacích forem nebo speciálních nástrojů.
• Zkrácení dodací lhůty a nákladů na malosériovou výrobu
• Možnost vytvářet optimalizované tvary a návrhy pomocí optimalizace topologie
• Široká škála průmyslových odvětví využívajících 3D tisk dílů Inconel zahrnuje letecký a automobilový průmysl, ropný a plynárenský průmysl, zdravotnictví, chemické zpracování.

Některé výhody a omezení 3D tisku Inconel, které je třeba zvážit:

Výhody 3D tisku Inconel

• Složité geometrie a lehké konstrukce
• Optimalizované návrhy na míru
• Snížení množství odpadu - použijte pouze potřebné množství materiálu
• Kratší dodací lhůty, nižší náklady na malé série
• Snadné provádění změn a iterací návrhu
• Konsolidované sestavy a snížený počet dílů
• Nákup dílů na vyžádání bez minimálního objednacího množství

Omezení 3D tisku Inconel

• Vyšší náklady při velkých objemech výroby
• Pomalejší rychlost vytváření než u jiných kovů, např. nerezových ocelí.
• K dosažení požadované povrchové úpravy může být nutné následné zpracování.
• Anizotropní vlastnosti materiálu
• Kvalifikační a certifikační požadavky v regulovaných odvětvích
• Omezený počet kvalifikovaných tříd slitin Inconel pro 3D tisk

Typy slitin Inconel používaných při 3D tisku

Pro použití v procesech 3D tisku bylo vyvinuto několik druhů superslitin Inconel. Nejčastěji používané slitiny Inconelu jsou:

Další slitiny Inconelu s potenciálem pro 3D tisk:

• Inconel X-750
• Inconel 909
• Inconel 939ER

Procesy 3D tisku pro Inconel

Pro tisk superslitin Inconelu se používá několik aditivních výrobních postupů:

Klíčové parametry procesu: Výkon laseru, rychlost skenování, rozteč šraf, tloušťka vrstvy, orientace konstrukce, podpůrné struktury, teplota předehřevu a kroky následného zpracování. Parametry procesu je třeba optimalizovat pro každou slitinu Inconelu, aby se dosáhlo požadovaných vlastností.

Aplikace 3D tisku Inconel

Klíčová odvětví používající aditivně vyráběné díly Inconel a jejich aplikace:

Jedinečné schopnosti 3D tisku umožňují vyrábět složité díly z materiálu Inconel s optimalizovanými tvary a konstrukcemi. Lze dosáhnout odlehčení součástí.

Specifikace pro 3D tištěné díly Inconel

Důležité parametry a specifikace, které je třeba zohlednit u 3D tištěných dílů z materiálu Inconel:

Kritické konstrukční zásady pro 3D tisk z materiálu Inconel:

• Minimální tloušťka stěny pro samonosné prvky
• U ploch s úhlem větším než 45 stupňů mohou být zapotřebí podpěry.
• Pro složité geometrie se doporučují velké poloměry krojů

Metody následného zpracování tištěných dílů z inconelu

Běžné kroky následného zpracování dílů z materiálu Inconel vytištěných as-printingem:

• Vyjmutí ze stavební desky: Řezání, elektroerozivní obrábění
• Odstranění podpory: Mechanické odstraňování, tepelné uvolňování napětí, chemické rozpouštění
• Ulevuje od stresu: Tepelné zpracování pod teplotou rozpuštění k odstranění zbytkových napětí
• Povrchová úprava: Obrábění, broušení, leštění, abrazivní proudové obrábění, vibrační dokončování
• Lisování za tepla (HIP): Použitím tepla a izostatického tlaku se uzavřou vnitřní dutiny a zlepší vlastnosti materiálu.

Následné zpracování má zásadní význam pro zlepšení kvality a výkonu finálního dílu. Použité metody závisí na požadavcích aplikace.

Zásady návrhu a doporučení

Klíčová konstrukční doporučení pro optimalizaci 3D tištěných dílů z materiálu Inconel:

• Minimalizace převislých prvků vyžadujících podpěry
• Orientujte díly tak, abyste snížili podpůrné konstrukce
• Vyhněte se tenkým vyčnívajícím prvkům náchylným k deformaci.
• Použití velkorysých vnitřních poloměrů ke snížení napětí
• zohlednění tepelné roztažnosti při návrhu - Inconel má koeficient tepelné roztažnosti 13 x 10^-6 m/m°C.
• zohlednění anizotropních vlastností materiálu na základě orientace konstrukce
• Navrhněte vhodné vztažné body, tolerance a povrchové úpravy pro následné zpracování.
• Simulace sestav a tepelného namáhání pomocí nástrojů CAE před tiskem

Provádění optimalizace topologie a přepracování dílů speciálně pro 3D tisk vede k maximálním přínosům z hlediska úspory hmotnosti, zlepšení výkonu a snížení nákladů.

Dodavatelé služeb 3D tisku Inconel

Mnoho servisních kanceláří nabízí služby 3D tisku Inconelu pomocí různých procesů:

Mnoho výrobců OEM tiskáren rovněž nabízí služby tisku na Inconel, včetně společností EOS, Velo3D, SLM Solutions, Renishaw a AddUp. Laserové procesy PBF i DED jsou běžně dostupné.

Analýza nákladů na 3D tisk z Inconelu

Náklady se liší podle:

• Velikost dílu, složitost geometrie, objem výroby
• Materiálové náklady - Inconelový prášek je drahý
• Pracovní síla pro návrh, kroky následného zpracování
• Kvalifikační a certifikační požadavky

Pro výrobu prototypů a malých výrobních objemů je 3D tisk Inconelu ve srovnání s obráběním nebo odléváním cenově velmi výhodný. DED je nejekonomičtější proces.

Jak vybrat prodejce pro 3D tisk z materiálu Inconel

Klíčová hlediska při výběru dodavatele služeb 3D tisku Inconel:

• Zkušenosti: Počet let práce se slitinami Inconel, obsluhovaná odvětví, případové studie
• Technické schopnosti: Nabízené procesy, tištěné třídy Inconelu, omezení velikosti dílů, sekundární operace
• Certifikace kvality: Schválení ISO 9001, AS9100, Nadcap prokazují řízení kvality
• Ověření platnosti části: Testování materiálů, validace procesů a kontroly kvality
• Následné zpracování: Odlehčování napětí, lisování za tepla, obrábění, dokončovací služby
• Dodací lhůty: Zásadní je schopnost rychlého dodání dílů
• Podpora klientů: Návrh pro vedení AM, optimalizace topologie, sledování tisku, kontroly dílů
• Náklady: Náklady na tisk a materiál, sazby za práci, množstevní slevy, certifikace

Před zahájením plnohodnotné výroby pomocí 3D tisku Inconel kontaktujte více dodavatelů, porovnejte jejich schopnosti a vyžádejte si zkušební kupony, abyste dodavatele kvalifikovali.

Výhody vs. nevýhody 3D tisku z Inconelu

Úloha 3D tisku Inconel ve výrobě

Klíčové role, které 3D tisk Inconel plní ve výrobě:

• Výroba prototypů: Rychlá a levná výroba prototypů komponent Inconel pro ověření návrhu
• Nástroje pro mosty: Rychlá výroba forem, přípravků a přípravků při přechodu od výroby prototypů k sériové výrobě.
• Konsolidace částí: Přepracování sestav a konsolidace dílů pro snížení hmotnosti a nákladů.
• Hromadné přizpůsobení: Usnadnění personalizace dílů Inconel na míru požadavkům zákazníka
• Náhradní díly: Výroba náhradních dílů na vyžádání podle potřeby namísto sériové výroby a skladování.
• Flexibilita dodavatelského řetězce: Umožňuje snadné přesouvání výroby mezi jednotlivými lokalitami a zmírňuje narušení dodavatelského řetězce.
• Krátké běhy: Ekonomická výroba malých dávek dílů Inconel potřebných v malých objemech

Jedinečné možnosti aditivní výroby z ní činí cenný doplněk konvenčních výrobních procesů pro výrobu složitých komponentů Inconel.

Budoucnost 3D tisku z Inconelu

Očekává se, že 3D tisk z inconelu v nadcházejících letech výrazně poroste díky:

• Vývoj nových superslitin Inconelu optimalizovaných pro procesy AM
• Vylepšené tiskárny s vyšší úrovní automatizace a opakovatelnosti
• Vyšší rychlost sestavování a vyšší propustnost výroby
• Rozšířené možnosti velikosti dílů
• Hybridní výroba kombinující AM a subtraktivní procesy
• Vylepšení softwaru umožňující optimalizaci podpůrných struktur
• Větší rozšíření v přísně regulovaných odvětvích, jako je letecký průmysl a zdravotnictví.
• Aplikace v nově vznikajících oblastech, jako jsou nástroje, formy, přípravky a upínací přípravky.
• Využití AM pro opravy dílů a poprodejní služby

S dalším rozvojem této technologie se 3D tisk z materiálu Inconel stane běžnou záležitostí ve více průmyslových odvětvích díky své schopnosti vyrábět vysoce výkonné kovové díly na vyžádání.

FAQ

Otázka: Jaké jsou různé typy slitin Inconel používaných při 3D tisku?

Odpověď: Nejběžnější slitiny Inconelu používané pro 3D tisk jsou Inconel 718, 625, 800 a 939. Každá z nich má specifické teplotní, korozní a oxidační vlastnosti vhodné pro různé aplikace.

Otázka: Jaké jsou mechanické vlastnosti 3D tištěných dílů Inconel v porovnání s díly z Inconelu vyrobenými tepaním?

Odpověď: Při použití optimalizovaných procesních parametrů vykazují 3D tištěné součásti Inconel pevnost v tahu v rozmezí 15% od tvářeného materiálu. Avšak tažnost ve smyslu prodloužení při přetržení je u dílů z Inconelu vyrobených technologií AM nižší, a to v rozmezí 10-35% oproti 40-50% u kovaného materiálu.

Otázka: Jaké metody následného zpracování se používají u 3D tištěných dílů Inconel?

Odpověď: Mezi běžné kroky následného zpracování patří odstranění podpěr, tepelné zpracování pro uvolnění napětí, lisování za tepla (HIP), obrábění, broušení, leštění a další dokončovací procesy. To pomáhá zlepšit kvalitu povrchu, rozměrovou přesnost a vlastnosti materiálu.

Otázka: Vyžaduje 3D tisk Inconelu nějaké speciální vybavení nebo infrastrukturu?

Odpověď: Tisk slitin Inconelu vyžaduje specializované tiskárny pro tavení v práškovém loži nebo pro nanášení směrované energie vybavené komorami s inertním plynem, vysoce výkonnými lasery nebo elektronovými paprsky a vakuovými systémy. Manipulace s jemným práškem Inconel vyžaduje také zvláštní bezpečnostní opatření a postupy.

Otázka: Jaké jsou příklady průmyslových odvětví, která používají 3D tisk z Inconelu?

Odpověď: Mezi klíčová průmyslová odvětví využívající 3D tisk z materiálu Inconel patří letecký průmysl, ropný a plynárenský průmysl, výroba energie, chemické zpracování, automobilový průmysl a zdravotnictví. Z materiálu Inconel se běžně tisknou díly, jako jsou lopatky turbín, součásti výměníků tepla, ventily a protetika.

Otázka: Je možné 3D tisknout velké díly z Inconelu?

Odpověď: I když se možnosti velikosti rozšiřují, většina 3D tištěných dílů z materiálu Inconel má v současné době objem menší než 1 krychlový metr. Pro velmi velké díly nabízí usměrněné nanášení energie (DED) větší flexibilitu velikosti sestavení než procesy tavení v práškovém loži. Hybridní výroba kombinující AM a subtraktivní procesy rovněž umožňuje vyrábět větší díly z Inconelu.

Otázka: Vyžaduje 3D tisk z materiálu Inconel nějaká speciální konstrukční opatření?

Odpověď: Mezi klíčové zásady návrhu patří minimalizace přesahů, zohlednění tepelného namáhání, použití vhodných tolerancí a povrchových úprav a optimální orientace dílů pro snížení počtu podpěr. Optimalizace topologie a přepracování návrhu pro AM vede k maximálním přínosům.

Otázka: Jaké jsou hlavní výhody 3D tisku z materiálu Inconel?

Odpověď: Klíčovými výhodami 3D tisku Inconelu jsou možnost výroby složitých geometrií, které nejsou možné při odlévání nebo kování, zkrácení dodacích lhůt a nákladů na malosériovou výrobu, optimalizované lehké konstrukce, konsolidace dílů a možnost výroby na vyžádání.

Otázka: Jaké jsou náklady na 3D tisk Inconelu ve srovnání s jinými procesy AM s kovy?

Odpověď: Inconelové prášky jsou dražší než jiné kovy, například nerezová ocel a titan. V kombinaci s náročnými parametry tisku je proto 3D tisk z Inconelu v přepočtu na jeden díl dražší než tisk z ocelí nebo titanových slitin.

znát více procesů 3D tisku