titanové prášky pro aditivní výrobu

Díky výjimečnému poměru pevnosti a hmotnosti, odolnosti proti korozi a biokompatibilitě je titan vysoce ceněným materiálem pro aditivní výrobu v leteckém, lékařském, automobilovém a průmyslovém průmyslu. Tento přehled se zabývá různými titanovými prášky, jejich odpovídajícími vlastnostmi, úpravami po zpracování, předními světovými dodavateli a příklady použití podle odvětví.

Přehled o titanové prášky

Díky svým klíčovým vlastnostem je titan ideálním materiálem pro procesy AM založené na fúzi v práškovém loži a usměrněné energetické depozici:

• Vysoká pevnost - často převyšuje pevnost žíhaného titanu a zároveň se vyrovná pevnosti Ti-6Al-4V.
• Nízká hustota - vysoký poměr pevnosti k hmotnosti, snížená hmotnost tištěného dílu
• Odolnost proti korozi - ochranný povrchový oxidový štít
• Biokompatibilita - vhodné pro zdravotnické prostředky a implantáty
• Možnost legování - přizpůsobení vlastností, jako je pevnost a tvrdost
• nákladová efektivita - nižší odpad materiálu oproti obrábění z bloků
• Poměr nákup/let přesahuje 90%+ - optimalizované konstrukce šetří hmotnost a materiál

Ve spojení s volností konstrukce, kterou AM umožňuje, otevírá titan nové možnosti využití.

Možnosti prášku ze slitiny titanu pro AM

Mezi oblíbené titanové slitiny, které se dnes využívají, patří komerčně čisté druhy, alfa a alfa-beta slitiny a nové patentované druhy, jako je titan 6242.

Běžné složení titanové slitiny

Slitina	Al%	V%	Fe%	O%	Další
CP Ti třída 1	–	–	≤ 0.20	≤ 0.18	–
CP Ti stupeň 2	–	–	≤ 0.30	≤ 0.25	–
Ti-6Al-4V	5.5-6.5	3.5-4.5	≤ 0.25	≤ 0.13	–
Ti 6242	5.8-6.8	–	≤ 0.30	≤ 0.20	Mo, Zr

Stopové množství kyslíku, dusíku a uhlíku je přísně omezeno, aby bylo zajištěno optimální zpracování AM a mechanické vlastnosti.

Specifikace pro titanové prášky

Pro husté komponenty AM bez vad je zapotřebí vysoce čistý, sférický titanový prášek s kontrolovanou distribucí velikosti částic.

Distribuce velikosti částic titanového prášku

Měření	Specifikace
Rozsah velikostí	15 - 45 μm
Průměrná velikost částic	25-35 μm
Tvar částice	Převážně sférické

Sféricita podporuje roztíratelnost prášku. Řízená distribuce zabraňuje problémům se segregací při aplikaci a recyklovatelnosti.

Postprocesy následného zpracování titanových dílů AM

Mezi běžné možnosti následné úpravy aditivně vyráběných titanových součástí patří:

Metody následného zpracování

Odstraňování stresu

Nízkoteplotní stárnutí eliminuje zbytková napětí z procesu výroby, čímž se předchází případným deformacím a prasklinám.

Povrchová úprava

Zlepšuje povrchovou úpravu pro přesné rozměry, přerušuje ostré hrany nebo zlepšuje estetický vzhled.

Izostatické lisování za tepla

Současným působením zvýšené teploty a izostatického tlaku zhutňuje jakoukoli vnitřní pórovitost. Vyžaduje se pro dynamické aplikace pro konečné použití.

Tepelné zpracování

Mění mikrostrukturu Ti-6Al-4V a dalších titanových slitin a zlepšuje mechanické vlastnosti, jako je tažnost a únavová životnost.

Obrábění

Přináší vysoce přesné rozměry a povrchovou úpravu ložiskových a těsnicích ploch u dílů AM téměř síťového tvaru.

Aditivní výrobní techniky pro titanový prášek

Moderní kovový 3D tisk využívá ke konstrukci složitých součástí mikrosvařování jemného titanu. Mezi dva běžné přístupy patří:

Srovnání možností procesu AM titanu

Metoda	Popis	Výhody	Omezení
Powder Bed Fusion	Laser nebo elektronický paprsek selektivně taví oblasti práškového lože podle digitálního modelu.	Výjimečné geometrické možnosti a všestrannost materiálu vhodného pro konečné funkční titanové komponenty	Pomalejší rychlost sestavování než u DED; omezení velikosti lůžka stroje
Řízená depozice energie	Soustředěný zdroj tepla taví kovový prášek ve sprejové trysce	Možnost větších komponentů; kumulativní zastavěná plocha. Ideální pro opravy a nátěry.	horší povrchová úprava; vyšší pórovitost - vyžaduje rozsáhlé následné zpracování

Laserové metody jsou v současné době nejrozšířenější pro tisk vysoce čistých titanových slitin díky přesnosti a výkonnosti materiálu.

Aplikace z titanové prášky

Díky výhodám titanového materiálu, jako je vysoký mechanický výkon na jednotku hmotnosti v kombinaci s volností designu AM, jsou aplikace následující:

Průmyslová odvětví využívající titanové díly AM

Aerospace - držáky motorů, součásti dronů, součásti satelitů

Lékařské a zubní služby - implantáty, protézy, chirurgické nástroje

Automobilový průmysl - vybavení pro motorové sporty, držáky na zakázku

Ropa a plyn - hlubokomořské nástroje, ventily a čerpadla

Výroba elektřiny - lehká oběžná kola, lopatky turbín.

Nové konstrukční slitiny, jako je Ti-6242, posouvají možnosti titanu v odvětvích s vysokým růstem ještě dále.

Přední dodavatelé titanových tiskových prášků

Mezi hlavní výrobce sférických titanových prášků pro spolehlivé procesy AM patří:

Výrobci titanového prášku

Společnost	Společné známky	Cena/Kg
AP&C	Ti-6Al-4V, Ti-6242, třída 2, 23	$50 – $350
Skupina Linde	Ti-6Al-4V, třída 2, 23, 5	$200 – $600
Kovový prášek Wolfram	Ti-6Al-4V, třída 5	$100 – $500
Sandvik	Ti-6Al-4V	$120 – $310

Ceny výrazně závisí na standardech čistoty, parametrech velikosti prášku, certifikované chemii a objemu nákupu.

FAQ

Jaká třída titanové slitiny je nejlepší pro lékařské nebo zubní díly AM?

Titan lékařské třídy 5 s přísnou kontrolou chemického složení se doporučuje pro aplikace bioinertních implantátů, které vyžadují optimální biokompatibilitu a vysokou únavovou odolnost.

Proč je nízký obsah kyslíku pro titanové tiskové prášky kritický?

Vysoký obsah kyslíku vede k nadbytku oxidů titanu, které snižují schopnost tavení, tažnost, únavovou životnost a mechanické vlastnosti. Obsah kyslíku je omezen tak, aby zůstal pod úrovní 0,18-0,2%.

Jakým slitinám titanu nejvíce prospívá následné zpracování?

Výrazné dvojí tepelné zpracování Ti-6Al-4V zvyšuje pevnost v tahu a zároveň zlepšuje tažnost. Titan třídy 2 dosahuje nejvyšších přírůstků v tahu díky žíhání s následnou reakcí na stárnutí.

Je u titanových dílů AM nutná povrchová úprava?

Některé aplikace vyžadují rozměrovou přesnost, tribologické, estetické nebo inaktivační potřeby, které se nejlépe řeší vylepšením povrchu - včetně přesného CNC obrábění, broušení/leštění, elektroerozivního obrábění, kuličkování, eloxování, plazmové elektrolytické oxidace atd.

Jak by měli být dodavatelé hodnoceni pro objednávky tisku titanového prášku?

Mezi přední kritické vlastnosti, které výrobci přísad a konstruktéři využívají při výběru dodavatelů titanového prášku, patří kromě rozumné ceny také: sférická morfologie, přísná kontrola distribuce velikosti částic, extrémně nízký obsah plynných nečistot (zejména kyslíku a dusíku), sledovatelnost šarží prostřednictvím přísného systému řízení kvality, pohotové technické znalosti, dostupnost vzorků a certifikace prokazující standardizované interní zkušební protokoly.

znát více procesů 3D tisku