티타늄 3D 프린팅 파우더

개요

티타늄은 강도가 높고 가벼운 구조용 금속으로 항공우주, 의료, 자동차 및 산업 분야에서 적층 제조에 광범위하게 사용되고 있습니다. Ti-6Al-4V와 같은 티타늄 합금 분말을 사용하면 복잡한 부품을 3D 프린팅하여 내식성 및 생체 적합성과 함께 높은 강도를 제공할 수 있습니다.

선택적 레이저 용융(SLM) 및 전자빔 용융(EBM)은 미세 티타늄 분말을 가공이나 주조로는 불가능한 복잡한 디자인의 완전 고밀도 부품으로 가공할 수 있습니다. 이 가이드에서는 금속 3D 프린팅의 이점을 활용하기 위한 티타늄 합금 구성, 특성 데이터, 응용 분야, 프린터 매개변수 및 공급업체를 다룹니다.

티타늄 인쇄 분말의 구성

티타늄 합금은 주로 티타늄에 알루미늄, 바나듐, 철, 몰리브덴 등의 다른 합금 원소를 첨가하여 특정 특성을 강화하는 방식으로 구성됩니다. 적층 가공에 사용되는 가장 일반적인 티타늄 등급은 다음과 같습니다:

• Ti-6Al-4V(5등급)는 가장 인기 있는 티타늄 합금으로, +알루미늄 안정화 및 +V 강수량 경화를 통해 강도를 높였습니다. 초저간극(ELI) 변형은 연성이 높습니다.
• Ti 6242 합금은 일부 바나듐을 대체하여 골유착이 필요한 생체 적합성 정형외과 임플란트에 더 적합하도록 만들어졌습니다.
• 철, 산소, 질소, 탄소와 같은 미량 원소는 지정된 한도를 초과하여 존재할 경우 기계적 특성에 악영향을 미치므로 최소화합니다.

금속 티타늄 인쇄 분말의 특성

티타늄 합금을 항공기 및 의료 제품에 매력적으로 만드는 주요 재료 특성에는 다음이 포함됩니다:

• 낮은 밀도(강철의 절반)에 비해 강도가 높기 때문에 티타늄 부품은 더 가볍습니다. 강도는 일반적인 알루미늄 합금을 능가하는 동시에 부식 문제를 방지합니다.
• 냉간 성형에 적합한 연성. Ti64 ELI와 같은 초저 간극 변형은 연신율을 더욱 향상시킵니다.
• 녹는 온도가 1600°C를 초과합니다. 400-500°C에서 물성을 잘 유지합니다.
• 열 및 전기 전도도가 매우 낮아 스파크를 방지하고 열을 차단할 수 있습니다.

금속 3D 프린팅 티타늄 부품의 응용 분야

항공우주

• 구조용 기체 브래킷, 리브, 임펠러 및 피팅
• 경량화된 터보차저 하우징 및 열교환기
• 제트 엔진 터빈 섹션에 통합된 컨포멀 냉각 채널
• 구성 요소에 부합하는 맞춤형 UAV/드론 프레임

의료 및 치과

• 비구 컵과 같은 정형외과용 무릎, 엉덩이, 척추 및 턱 임플란트
• 크라운 및 브릿지용 치과용 어버트먼트
• 환자 해부학적 구조에 따른 맞춤형 두개골 재건 플레이트

자동차

• 모터 하우징 브래킷 및 서스펜션 구성품
• 사출 금형에 통합된 컨포멀 밀착형 냉각 방식
• 복잡한 공기 흐름 형상을 갖춘 경량 브레이크 디스크 로터

티타늄 3D 프린팅을 위한 공정 파라미터

파우더 베드 융합 공정에서 티타늄 분말 재료를 사용할 때의 주요 매개변수입니다:

LPBF 설정

EBM 설정

LPBF는 지지 구조가 필요한 반면, EBM은 도움 없이 금속을 제작합니다. 응력 완화 및 열간 등방성 프레스 후 ≥99% 밀도를 달성할 수 있습니다. 최소 벽 두께는 일반적으로 100-150미크론에 이릅니다.

티타늄 인쇄 분말 공급업체

선도적인 금속 제조 회사들은 적층 공정용 티타늄 분말을 인증했습니다:

티타늄 프린팅 파우더 비용

고성능 애플리케이션을 위한 고급 경량 합금인 티타늄 파우더는 프리미엄이 붙습니다:

• 재료 가격 범위는 kg당 $200 ~ $500입니다.
• 입자 크기가 더 작고 순도가 높은 맞춤형 합금은 비용을 더욱 증가시킵니다.
• 재활용 분말은 유동성이 좋다는 가정 하에 더 저렴합니다.

티타늄 3D 프린트 부품의 후처리

인쇄 후 티타늄 부품은 다음과 같은 과정을 거칩니다:

지지대 제거 - 접근이 가능한 경우 EDM 절단을 통해 지지대를 조심스럽게 분리하고, 작은 피처를 스냅오프합니다.

스트레스 해소 - 빌드 플레이트 전체를 아르곤에서 2시간 동안 650°C로 부드럽게 열처리하여 잔류 응력을 줄입니다.

열간 등방성 프레스 - 920°C, 100MPa에서 3시간 동안 HIP 공정을 통해 99% 밀도 이상의 내부 공극을 막습니다.

솔루션 처리 - 705°C에서 1시간 동안 담근 후 공기/물 담금질로 원하는 미세 구조를 만듭니다.

가공 - 치수 공차 요구 사항을 충족하는 CNC 밀링 중요 결합 표면

블래스트 + 산성 에칭 - 알루미나 샷 핀과 산성 에칭으로 표면을 깨끗하게 하는 방법

품질 테스트 - 화학, 미세 구조, 층별 품질 및 기계적 특성이 사양을 충족하는지 확인합니다.

티타늄 3D 프린팅 표준

티타늄을 사용한 파우더 베드 프린팅의 미래 전망

현재 항공우주 분야에서 상당한 부품 통합과 경량화 이점으로 인해 70%의 수요가 발생하고 있지만, 비용이 감소함에 따라 자동차, 스포츠용품 및 더 많은 소비자 부문에서 티타늄 AM 채택이 가속화될 것입니다. 더 많은 티타늄 프린트 응용 분야는 다음과 같습니다:

항공우주 - 설계 복잡성, 부품 어셈블리 통합 및 내식성의 강점을 활용하여 터빈 블레이드 및 미래 승객실 섹션과 같은 주요 구조물을 더 크고 완전하게 프린팅합니다.