Úvod do 3D tisku Inconel

Inconel je nikl-chromová superslitina, kterou lze vytisknout 3D tiskem pomocí různých procesů aditivní výroby kovů. Tento průvodce poskytuje podrobný přehled o 3D tisku Inconelu včetně použitelných technologií, vlastností materiálu, aplikací, úvah a dalších informací.

Úvod do 3D tisk Inconel

Inconel označuje skupinu superslitin na bázi niklu a chromu, které vykazují vysokou pevnost, odolnost proti korozi a tepelnou odolnost. Mezi klíčové vlastnosti, díky nimž je Inconel vhodný pro 3D tisk, patří:

• Pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti tečení
• Odolnost proti oxidaci a korozi
• Dobré mechanické vlastnosti
• Svařitelnost a zpracovatelnost
• K dispozici ve formě prášku pro procesy AM s kovy

Varianty slitin Inconel, jako jsou Inconel 718 a 625, se široce používají v leteckých motorech, plynových turbínách, jaderných reaktorech a dalších náročných aplikacích. Aditivní výroba umožňuje vyrábět komplexní, optimalizované díly Inconel pro lepší výkon.

Tento průvodce se zabývá třídami Inconelu pro AM, použitelnými procesy, parametry, vlastnostmi, aplikacemi, následným zpracováním, náklady a srovnáním.

Třídy slitin Inconel pro 3D tisk

Mezi hlavní superslitiny Inconelu, které lze tisknout 3D tiskem, patří:

Třídy Inconelu pro AM

Slitina	Složení	Klíčové vlastnosti
Inconel 718	Ni, Cr, Fe, Nb, Mo	Pevnost, houževnatost, svařitelnost
Inconel 625	Ni, Cr, Mo, Nb	Odolnost proti korozi, únavová pevnost
Inconel 939	Ni, Co, Cr, W, Nb, Ti	Tvrdost za tepla, pevnost při tečení
Inconel X-750	Ni, Cr, Fe, Ti, Al	Odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách

• Inconel 718 je nejrozšířenější třídou pro 3D tisk díky své optimální pevnosti a ceně.
• Inconel 625 nabízí nejlepší odolnost proti korozi a je vhodný pro námořní aplikace.
• Inconel X-750 odolává extrémním teplotám až do 700 °C.
• Třídy jsou optimalizovány pro konkrétní provozní podmínky a požadavky.
• Slitiny Inconel lze také formulovat a tisknout na 3D tiskárně.

Procesy 3D tisku pro Inconel

Inconel lze vytisknout jak pomocí procesu tavení v práškovém loži, tak pomocí procesu nanášení směrovanou energií:

Procesy 3D tisku Inconel

Proces	Metody	Popis
Powder Bed Fusion	DMLS, SLM, EBM	Lože prášku se selektivně taví laserem nebo elektronickým paprskem.
Řízená depozice energie	LENS, nanášení kovového plazmatu, drátový oblouk AM	Fokusovaný zdroj tepla taví kovový prášek nebo drát.

• Pro tisk Inconelu se nejčastěji používají procesy s práškovým ložem, jako je DMLS a EBM.
• Metody DED, jako je LENS, se používají pro opravy a velké díly téměř síťového tvaru.
• Parametry procesu musí být optimalizovány pro každou konkrétní slitinu Inconelu.
• Doporučuje se následné zpracování, jako je tepelné zpracování snižující napětí.

Vlastnosti 3D tištěný Inconel

3D tištěný Inconel vykazuje následující vlastnosti:

Vlastnosti 3D tisku Inconel

Vlastnictví	Typické hodnoty
Hustota	8,19 g/cm3
Pevnost v tahu	1000-1300 MPa
Pevnost v tahu	500-1100 MPa
Prodloužení při přetržení	10-40%
Bod tání	1350-1430°C
Tepelná vodivost	11-20 W/mK
Odolnost proti korozi	Vynikající v různých prostředích
Tepelná odolnost	Vynikající do 700 °C

• Mechanické vlastnosti jsou stejné nebo vyšší než u tradičně vyráběného Inconelu.
• Směrově tuhnoucí mikrostruktury mají za následek anizotropní vlastnosti.
• Následné zpracování, jako je HIP, zlepšuje hustotu, tažnost a izotropii.
• Vlastnosti výrazně závisí na parametrech procesu 3D tisku.

Aplikace 3D tištěného Inconelu

Mezi klíčová průmyslová odvětví využívající aditivně vyráběné díly Inconel patří:

Aplikace 3D tisku Inconel

Průmysl	Používá
Aerospace	Lopatky turbín, části motorů, trysky, náporové komory
Ropa a plyn	Ventily, součásti ústí vrtu, tlakové nádoby
Jaderné	Vnitřní části reaktoru, výměníky tepla
Automobilový průmysl	Kola turbodmychadla, součásti výfuku
Chemické	Čerpadla, ventily, reakční nádoby
Lékařský	Implantáty, chirurgické nástroje

• Letecký průmysl je největším odběratelem superslitinových součástí kritických pro let.
• Ropa a plyn využívají pevnost při vysokých teplotách pro vybavení vrtů.
• V jaderném průmyslu se používá pro odolnost proti radioaktivní korozi.
• Sportovní aplikace v automobilovém průmyslu využívají výhod lehkých optimalizovaných geometrií.
• Zdravotnictví využívá biologickou kompatibilitu pro implantáty a nástroje.

Výhody 3D tisku Inconel vs. tradiční výroba

Hlavní výhody 3D tisku Inconelu ve srovnání s běžnými metodami:

3D tisk vs. odlévání/obrábění

• Volnost při výrobě složitých, organických geometrií, které jinak nejsou možné.
• Možnost optimalizace a kombinace dílů pro zvýšení hmotnosti a výkonu
• Zkrácení dodací lhůty a nákladů na malosériovou výrobu
• Řeší omezení subtraktivních metod v oblasti nástrojů a přípravků.
• Umožňuje funkční gradaci a optimalizaci topologie
• Snížení plýtvání materiálem pomocí optimalizovaných návrhů
• Výroba na vyžádání "just-in-time" v blízkosti místa použití

Analýza nákladů na 3D tisk z materiálu Inconel

Náklady na 3D tisk Inconelu se liší v závislosti na:

Hnací síly nákladů

• Nákup AM stroje, provozní náklady
• Náklady na práškový materiál Inconel (~$100-200/kg)
• Práce na návrh, tisk, následné zpracování
• Objem výroby
• Velikost dílu a složitost geometrie
• Požadavky na následné zpracování

Typický rozsah nákladů na díly

• $50 - $500 na kg tištěných dílů
• Malé díly ~ $100 - $5000
• Větší složité letecké komponenty mohou stát $15,000+

Výzvy 3D tisk Inconel

Některé problémy s Inconelem AM zahrnují:

• Vysoké náklady na materiál pro práškový Inconel
• Kontrola zbytkových napětí
• Požadavek na izostatické lisování za tepla (HIP)
• Vysoká drsnost povrchu vyžadující rozsáhlé obrábění
• Omezený počet schopných dodavatelů AM zařízení
• Optimalizace procesních parametrů pro každou třídu slitiny
• Zajištění opakovatelnosti a standardů kvality

Další vývoj technologie AM nadále zlepšuje tisknutelnost, povrchovou úpravu, vlastnosti materiálu a snižuje náklady na tisk Inconelu.

Srovnání Inconelu s jinými materiály pro 3D tisk

Inconel vs. jiné materiály pro AM

Materiál	Klady	Nevýhody
Slitiny titanu	Nižší hustota, vynikající pevnost	Schopnost pracovat při nižších teplotách
Nerezové oceli	Náklady, dostupnost	Nižší pevnost než Inconel
Nástrojové oceli	Tvrdost, odolnost proti opotřebení	Problémy s praskáním
Kobaltový chrom	Biokompatibilita	Omezená pevnost při vysokých teplotách
Slitiny hliníku	Nižší náklady a hustota	Mnohem nižší pevnost

• Inconel poskytuje nejlepší kombinaci vysoké pevnosti, tepelné odolnosti a odolnosti proti korozi.
• Je dražší než nerezové oceli, ale může pracovat při mnohem vyšších teplotách.
• Titan má lepší poměr pevnosti a hmotnosti, ale nižší provozní limit.
• Výběr závisí na konkrétních požadavcích aplikace.

Klíčové poznatky o 3D tisku Inconelu

• Superslitiny niklu a chromu Inconel poskytují vysokou pevnost a teplotní odolnost.
• Široce používané třídy jsou Inconel 718, 625, X-750, které lze tisknout 3D tiskem.
• Hlavními procesy jsou metody tavení v práškovém loži jako DMLS/SLM a DED.

-zjistit - Srovnatelné a často překonávající tradičně vyráběný Inconel.

• Hlavními oblastmi použití jsou letecké motory a jaderné reaktory.
• Náklady na tisk se pohybují v rozmezí $50-500 za kg v závislosti na faktorech, jako je velikost.
• Cílem pokroku je snazší tisk, lepší povrchová úprava a širší využití.

Nejčastější dotazy

Otázka: K čemu se Inconel používá při 3D tisku?

Odpověď: Inconel se používá k 3D tisku vysoce výkonných součástí vyžadujících tepelnou odolnost pro letecké motory, plynové turbíny, jaderné reaktory a další aplikace.

Otázka: Který proces 3D tisku je pro Inconel nejlepší?

Odpověď: Pro tisk slitin Inconelu se nejčastěji používají metody tavení v práškovém loži, jako je DMLS a SLM. Procesy DED, jako je LENS, však nabízejí výhody pro velké tvary blízké síti.

Otázka: Vyžaduje 3D tisk Inconelu následné zpracování?

Odpověď: Ano, doporučuje se následné zpracování, například izostatické lisování za tepla (HIP), které zmírní vnitřní pnutí a zlepší izotropii a vlastnosti materiálu.

Otázka: Je 3D tištěný Inconel stejně pevný jako tepaný Inconel?

Odpověď: Ano, aditivní výroba dokáže vyrobit díly Inconel s mechanickými vlastnostmi, které odpovídají nebo převyšují vlastnosti tradičně vyráběného tepaného Inconelu.

Otázka: Jaké jsou rozdíly mezi Inconelem 718 a 625?

Odpověď: Inconel 718 nabízí lepší celkové mechanické vlastnosti, zatímco Inconel 625 poskytuje vynikající odolnost proti korozi, zejména v mořském prostředí.

Otázka: Je 3D tisk Inconelu obtížný?

Odpověď: Tisk na inconel může být ve srovnání s kovy, jako je hliník nebo titan, náročnější. Je třeba pečlivě optimalizovat parametry tiskárny, aby bylo možné kontrolovat zbytková napětí a praskání.

Otázka: Jaké přesnosti lze dosáhnout pomocí 3D tisku z Inconelu?

Odpověď: U dílů Inconel AM je možná rozměrová přesnost přibližně ±0,1-0,2% v závislosti na použitém procesu. V případě potřeby lze přesnost dále zvýšit obráběním.

Otázka: Je potištěný Inconel stejně pevný jako Inconel zpracovaný za tepla?

Odpověď: Ano, tavením v práškovém loži lze u Inconelu dosáhnout jemné mikrostruktury, což vede k pevnostem srovnatelným nebo vyšším než u komponentů zpracovaných za tepla.

Otázka: Jakou povrchovou úpravu lze očekávat u dílů Inconel AM?

O: Drsnost povrchu po tisku se obvykle pohybuje v rozmezí 10-25 mikronů Ra. Pro dosažení jemnějšího povrchu je často nutné další obrábění a leštění.

znát více procesů 3D tisku