Titan Ti-64 pro 3D tisk kovů

titan ti-64 pro 3d tisk kovů, zkráceně Ti-64, je titanová slitina pro letecký průmysl, která se široce používá pro kritické aplikace aditivní výroby v letectví, zdravotnictví, automobilovém průmyslu a všeobecném strojírenství. Tato příručka poskytuje technický přehled práškové metalurgie Ti-64 včetně složení, údajů o mechanických vlastnostech, podrobností o AM zpracování, následných úpravách, aplikacích, analýze nákladů, specifikacích výrobků a srovnání s alternativními titanovými třídami.

Přehled titanových ti-64 pro 3d tisk kovů

Slitina titanu Ti-6Al-4V (třída 5) poskytuje optimální rovnováhu mezi pevností, lomovou houževnatostí a odolností proti korozi v kombinaci s prokázanou biokompatibilitou - díky tomu je nejrozšířenějším materiálem pro kritické kovové komponenty vytištěné 3D tiskem v různých průmyslových odvětvích.

Vzhledem k tomu, že se AM rozšiřuje z prototypování na sériovou výrobu leteckých komponentů a implantátů pro pacienty, stal se Ti-64 referenčním práškem, s nímž se porovnávají nové materiály.

Nabízí:

• Vynikající poměr pevnosti a hmotnosti
• Vysoká tvrdost a lomová houževnatost až 550 MPa
• Tažnost pro složité geometrie
• Biokompatibilita a netoxičnost
• Testovaný rodokmen trvající desítky let
• Dostupný dodavatelský řetězec a nákladová efektivita

Pokračujte ve čtení a získejte podrobné technické informace o přístupech práškové metalurgie k výrobě 3D tištěných titanových dílů Ti-64.

Složení a konstrukce slitiny

Slitina titanu Ti-64 se skládá převážně z titanu s příměsí hliníku a vanadu:

Živel	Hmotnost %	Role
titan (Ti)	Balance, ~90%	Odolnost proti korozi, biokompatibilita
hliník (Al)	5.5-6.75%	Pevný posilovač roztoku
Vanad (V)	3.5-4.5%	Stabilizátor fáze
železo (Fe)	<0,3%	Kontaminant
Kyslík (O)	<0,2%	Kontaminant

Stopové prvky jako uhlík, dusík a vodík jsou minimalizovány, protože zhoršují mechanické vlastnosti. Koncentrace železa a kyslíku jsou rovněž nízké.

Hliník stabilizuje alfa fázi, zatímco vanad po vhodném tepelném zpracování vytváří zpevňující beta sraženiny. Tato dvojí fázová syntéza zajišťuje vynikající výkon.

Klíčové vlastnosti Ti-64

• Pevnost v tahu: 880 MPa
• Pevnost v tahu: 950 MPa
• Prodloužení: 14%
• Tvrdost: 350 Brinell
• Limit únavy: 500 MPa
• Lomová houževnatost: 75 MPa√m
• Pevnost ve smyku: 690 MPa
• Youngův modul: 115 GPa
• Hustota 4,43 g/cc
• Bod tání: 1604°C

Tyto vlastnosti jsou silně závislé na správném tepelném zpracování, o kterém bude pojednáno později. Hodnoty se také mírně liší mezi procesy AM s drátovým a práškovým ložem, což vyžaduje úpravu parametrů.

titan ti-64 pro 3d tisk kovů Výroba

Lékařské a letecké aplikace vyžadují přísnou kontrolu, aby se dosáhlo bezchybných konstrukcí, takže výroba prášků se řídí přísnými specifikacemi:

Kroky	Podrobnosti
Odlévání ingotů	Trojitý obloukově tavený ingot odlitý s přísnou kontrolou chemismu
Přetavení	Volitelné čištění VAR nebo ESR pro kritická použití
Atomizace plynu	Vysokotlaký inertní plyn argon vytváří jemné kapičky
Sítování	Více stupňů klasifikace podle norem pro distribuci velikosti částic (PSD)
Kondice	Vysoušení, míchání, průtokové přísady
Závěrečné testování	PSD, Hallova průtoková rychlost, chemické testy, snímky SEM
Balení	Plechovky nebo láhve plněné argonem odolné proti vlhkosti

Významné vlastnosti:

• Sférická morfologie částic s několika satelity
• Sypký prášek bez hrudkování a ulpívání
• Řízené pásmo PSD s většinovým rozložením mezi 15 mikrony a 45 mikrony
• Chemikálie odpovídající třídám ASTM F2924 a F3001
• Konzistentní dávky s údaji o opakovatelnosti ve velkých objemech výroby
• Sledovatelnost dokladů ke zdrojovým odlitkům ingotů

Takto přísná kontrola výroby zajišťuje spolehlivé výtisky bez vad po ověřených úpravách parametrů stroje.

Aplikace titanu ti-64 pro 3d tisk kovů

Biokompatibilita této slitiny a vysoký poměr pevnosti a hmotnosti vyhovují mnoha kritickým aplikacím:

Aerospace

• Konstrukční konzoly, přepážky a díly podvozku
• Lopatky a oběžná kola turbíny
• Součásti interiéru letadla

Lékařské a zubní služby

• Ortopedické implantáty, jako jsou kolenní a kyčelní klouby a páteřní klece.
• Zubní abutmenty a můstky
• Chirurgické nástroje vyžadující sterilizaci

Automobilový průmysl

• Lehké písty, ojnice
• Součásti luxusních a závodních vozů včetně ventilů

Chemické zpracování

• Korozivzdorné díly pro manipulaci s kapalinami, jako jsou trubky, ventily.
• Potravinářské/farmaceutické filtry a pouzdra

3D tisk Ti-64 se také stále více uplatňuje v odvětvích s vysokou přidanou hodnotou, jako je robotika, sportovní zboží a tepelný management elektroniky, kde se využívá svobody návrhu.

Dále se podrobněji seznámíme s oblíbenými technikami tavení v práškovém loži, které se používají ke zpracování této univerzální práškové slitiny pro kritické hotové součásti.

3D tisk kovů pomocí titanového prášku Ti-64

Laserová technologie i technologie práškového lože s elektronovým paprskem natavují Ti-64 na plnou hustotu přes konstrukční desku vrstvu po vrstvě:

Laserová fúze v práškovém loži (L-PBF)

• Selektivní laserové tavení (SLM) a přímé laserové spékání kovů (DMLS)
• Fokusované vláknové lasery s vysokým výkonem Yb nebo Nd:YAG
• Inertní argonová atmosféra s obsahem kyslíku pod 500 ppm
• Optické sledování tavenin v reálném čase

Fúze v práškovém loži s elektronovým svazkem (E-PBF)

• Výkonný elektronový svazek 60 kV až 150 kV ve vakuu
• Ultrarychlé skenování paprsku rychlostí vyšší než 25 000 mm/sec.
• Vysoká produktivita pro menší komponenty
• Snadnější svařování titanu hlubším průvarem

U větších dílů umožňují metody směrovaného nanášení energie (DED) přidávat materiál přes základní struktury. Více přístupů AM umožňuje optimalizovat mechanické vlastnosti a povrchovou úpravu.

Výhody

• Složité geometrie nepodporované při odlévání nebo obrábění
• Zkrácení dodacích lhůt a nižší náklady oproti subtraktivním krokům
• Minimální plýtvání materiálem a poměry nákupu a letu přesahující 90%
• Konzistentní výsledky při dlouhých stavbách po vyladění
• Svoboda designu umožňuje zvýšení výkonu

Pro jejich získání je však nezbytné pečlivé předběžné a následné zpracování.

Kroky před a po zpracování

Dosažení bezchybných sestav zahrnuje integrované protokoly:

Předběžné zpracování

• Testovací matice pro optimalizaci parametrů na vyhrazených strojích
• Sledování podmínek prášku a opětovné použití směšovacích poměrů
• Počáteční tepelné zpracování pro zajištění rovnoměrných vlastností částic
• Pečlivé uložení a orientace dílů na konstrukční desce

Následné zpracování

• Odstraňování dílů z desky pomocí drátové / pásové pily
• Rozsáhlé následné obrábění a dokončovací práce
• Izostatické lisování za tepla (HIP) k odstranění vnitřních dutin
• Solucionizace, stárnutí a stabilizační tepelné úpravy
• Závěrečné validační zkoušky zajištění kvality

Takové komplexní řízení zpracování umožňuje využít plný potenciál aditivní výroby pomocí Ti-64 a nespoléhat se pouze na tiskárny.

Specifikace

Dávky slitiny Ti-64 pro uživatele v lékařství nebo letectví vyžadují certifikaci:

Parametr	Typické hodnoty
Chemie podle AMS 4928	Výše uvedená tabulka
Distribuce velikosti částic	D10 20 μm, D50 35 μm, D90 50 μm
Morfologie	Převážně sférické + satelity
Zdánlivá hustota	2,7 - 3,2 g/cc
Hustota poklepání	3,2 - 4,0 g/cc
Průtoková rychlost	30 - 35 s pro 50 g, nálevka v hale
Analýza povrchového kyslíku	< 2000 ppm
Nečistoty	Fe < 3000 ppm, H< 100 ppm

Vlastní prosévání do užších pásů je možné, ale zvyšuje náklady. Odpovídající parametry stroje AM klienta a schválené kontroly kvality zajišťují opakovatelnost výkonu ve všech výrobních úlohách.

titan ti-64 pro 3d tisk kovů Analýza dostupnosti a nákladů

Letecká třída Ti-6Al-4V je oproti standardním třídám Ti cenově výhodnější díky specializovanému tavení, přísnému testování kvality a tvarovému inženýrství prášku:

Produkt	Množství	Cenové rozpětí
Prášek Ti-64 pro výzkum a vývoj	0,5 kg	$500+
Ti-64 Prototypovací prášek	10 kg	$150+ za kg
Ti-64 Výrobní prášek	1000+ kg	$50+ za kg

Náklady zůstávají na vyšší úrovni, ale nadále se zlepšují s tím, jak AM rozšiřuje použití slitiny Ti-64, což umožňuje optimalizaci výroby z hlediska úspor z rozsahu. Malé vzorky pro výzkum a vývoj lze nyní zakoupit bez MOQ, ale výrobní zakázky vyžadují předpovědi objednávek.

Srovnání Ti-64 vs. alternativní slitiny titanu

Zatímco Ti-64 je nejrozšířenější, ostatní třídy nyní soupeří jako alternativní možnosti AM:

Slitina	Síla	Tažnost	Odolnost proti oxidaci	Náklady
Ti-64 (Ti-6Al-4V)	Velmi vysoká	Střední	Střední	$$$
Ti-5553 (Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr)	Velmi vysoko	Střední	Lepší	$$$
Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al)	Vysoký	Vyšší	Dobrý	$$
Ti-48Al-2Cr-2Nb (Ti4822)	Střední	Křehké	Nejlepší	$$$$

Klíčové výhody konvenční technologie Ti-64 jsou:

• Prověřený materiálový rodokmen za více než 30 let
• Hladší povrchová úprava u sestav AM
• Zavedené protokoly tepelného zpracování
• Údaje o přípustných hodnotách pro kvalifikaci návrhu
• Snadno dostupné s konkurenceschopnou nabídkou

Omezení systému Ti-64:

• Nejedná se o titan s absolutně nejvyšší pevností
• Náchylné k tepelné oxidaci bez kontroly
• Vyžaduje rozsáhlé izostatické lisování za tepla (HIP)

Každý z popsaných kompromisů tak napomáhá výběru optimalizovaných tříd podle požadavků aplikace.

Souhrn

Aditivní výroba dává konstruktérům nebývalou svobodu při navrhování vysoce výkonných titanových komponent Ti-64, která je nesrovnatelná se staršími technikami. Díky kombinaci vznikajících digitálních možností s rozsáhlými materiálovými daty ověřenými během více než 30 let realizace v leteckém a lékařském průmyslu mohou inženýři nasadit nové inovativní 3D tištěné geometrie využívající výhod Ti-64 se sníženým kvalifikačním rizikem. Pro využití plného potenciálu této univerzální vysokopevnostní slitiny však stále zůstávají zásadní pečlivé kontroly při výrobě prášku, manipulaci se skladem, zpracování kovů AM a následných úpravách.

znát více procesů 3D tisku