Poeder voor titanium 3D afdrukken
Inhoudsopgave
titanium 3d printpoeder is een sterk, lichtgewicht en corrosiebestendig metaal dat ideaal is voor het 3D-printen van complexe en duurzame onderdelen in de ruimtevaart, de medische sector, de auto-industrie en andere industriële toepassingen. Dit artikel geeft een uitgebreid overzicht van titanium poedermetallurgie voor additive manufacturing.
Overzicht van titanium 3d printpoeder
Titanium is een van de populairste metalen die wordt gebruikt in poederbedfusie en directed energy deposition 3D printtechnologieën. Enkele belangrijke voordelen van 3D geprinte titanium onderdelen zijn:
- Hoge sterkte-gewichtsverhouding
- Bestand tegen extreme temperaturen en corrosie
- Biocompatibel voor medische implantaten
- Complexe geometrieën die niet mogelijk zijn met gieten of machinaal bewerken
- Minder afval vergeleken met subtractieve methoden
- Kortere doorlooptijden en kosten vergeleken met traditionele titaniumproductie
Titaan is echter reactief bij hoge temperaturen en vereist een inerte kameromgeving tijdens het printen met argon- of stikstofgassen. De eigenschappen van 3D-geprint titanium zijn afhankelijk van verschillende factoren:
Belangrijkste factoren die de eigenschappen van Titanium 3D prints beïnvloeden
Parameter | Beschrijving | Effect op eigenschappen |
---|---|---|
Titaanlegering kwaliteit | Zuiverheidsniveaus van titanium, aluminium, vanadium, enz. | Sterkte, hardheid, vervormbaarheid, corrosiebestendigheid |
Poedergrootteverdeling | Bereik van fijne tot grove poederdeeltjes | Dichtheid, oppervlakteafwerking, precisie |
Laagdikte | Dunnere lagen verbeteren de resolutie maar verlengen de printtijd | Nauwkeurigheid, toleranties, oppervlakteruwheid |
Energiebron | Laser, elektronenbundel, plasmaboog | Gelokaliseerd smelten, verhitten, afkoelen beïnvloeden microstructuur |
Afdrukstand | Verticale vs. horizontale structuren | Anisotrope sterkte, kan steunen nodig hebben |
Heet isostatisch persen | Nabewerking om poriën te verwijderen | Verbetert de dichtheid en levensduur aanzienlijk |
Met optimale parameters voldoen 3D-geprinte titanium onderdelen aan of overtreffen ze de eigenschappen van gesmeed walserijproduct, terwijl ze innovatieve ontwerpen mogelijk maken die niet mogelijk zijn met subtractieve methoden.
![Titanium 3D drukpoeder 1 titanium 3d printpoeder](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/10/GH5188-Powder.jpg)
Types van titanium 3d printpoeder voor AM
Titaanlegeringen zijn verkrijgbaar in verschillende kwaliteiten voor verschillende additieve productieprocessen. De meest voorkomende titaanpoeders zijn:
Veelvoorkomende titanium poederkwaliteiten voor 3D printen
Legering | Beschrijving | Toepassingen |
---|---|---|
Ti-6Al-4V ELI | Extra lage interstitiële versie van werkpaardlegering Ti64 | Ruimtevaartonderdelen, biomechanische implantaten |
Ti 6Al-4V | Populairste kwaliteit, goede sterkte en corrosieweerstand | Auto's, maritieme hardware, sportartikelen |
Ti-6Al-7Nb | Hogere biocompatibiliteit dan Ti64 | Orthopedische en tandheelkundige implantaten, chirurgische instrumenten |
CP-Ti graad 2 | Commercieel zuiver titanium, zachter dan legeringen | Voedsel/chemische procesapparatuur |
Ti-555 | Ruimtevaartkwaliteit met hoge sterkte | Constructieonderdelen voor vliegtuigen, raketmotoren |
Ti-1023 | Uitzonderlijke weerstand tegen vermoeiing en kruip | Turbinebladen, landingsgestel, bevestigingsmiddelen |
De deeltjesgrootteverdeling is een sleuteleigenschap die de uiteindelijke dichtheid en oppervlakteafwerking bepaalt. Fijnere poeders van 10-45 micron stromen en verdichten beter, terwijl grovere poeders van meer dan 100 micron de poederverwijdering vergemakkelijken en de materiaalkosten verlagen.
Titanium poeder specificaties
Parameter | Typisch bereik |
---|---|
Deeltjesgrootte | 15-45 micron, tot 150 μm |
Stroomsnelheid | <15 s/50 g |
Schijnbare dichtheid | 2,1-3,0 g/cm3 |
Tik op dichtheid | 3,2-4,1 g/cm3 |
Puurheid | >99,5% titanium |
Zuurstofgehalte | <0,20% |
Stikstofgehalte | <0,03% |
Waterstofgehalte | <0,015% |
Fabrikanten verfijnen voortdurend de productiemethoden voor titaniumpoeder en de samenstelling van legeringen om te voldoen aan de groeiende vraag naar hoogwaardige additief geproduceerde titanium onderdelen in verschillende industrieën.
Hoe titaniumpoeder wordt gemaakt
Titaanmetaalpoeder heeft een hogere oppervlakte-volumeverhouding dan vaste vormen zoals ingots of staaldraad. Er zijn verschillende moderne poederproductietechnieken:
- Plasma-verneveling - Inerte gasstralen met hoge snelheid breken gesmolten titaniumstromen op in fijne druppeltjes die snel stollen tot bolvormige poeders met een gladde oppervlaktemorfologie. Dit produceert consistente deeltjesgroottes met weinig satellieten.
- Gasverstuiving - Net als bij plasmaverneveling genereren lagere gasdrukken minder fijne poeders die geschikt zijn voor EBM-printen. Poeders vertonen wat spatten met onregelmatige vormen en satellieten.
- Roterend elektrodeproces - Staven of draden van titaniumlegering worden gesmolten door vlambogen onder inerte atmosfeer en centrifugale krachten werpen het metaal uit dat vervolgens stolt tot afgeplatte bolvormige deeltjes. Economische productie van sponsachtige poeders.
- Hydride-dehydrideproces - Fijn verdeeld titaanhydridepoeder wordt ontleed in een vacuüm, waardoor het uiteenvalt in fijn metallisch titaanpoeder met een hogere zuurstofonzuiverheid rond 0,35-0,5%.
Alle methoden vereisen uitgebreid zeven en scheiden van het poeder om specifieke groottefracties te verkrijgen die geschikt zijn voor de 3D printtechniek, meestal rond de 10-150 micron. Gladde bolvormige deeltjes geven een betere verpakkingsdichtheid en vloeibaarheid. Voor gebruik is het essentieel dat het poeder op de juiste manier wordt geconditioneerd, gemengd en opgeslagen onder inerte atmosfeer.
Titanium poeder fabrikanten
Enkele van de belangrijkste wereldwijde leveranciers van titanium drukpoeders zijn:
Bedrijf | Plaats | Producten |
---|---|---|
AP&C | Canada | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-7Nb, aangepaste legeringen |
Timmerman additief | VS | Ti-6Al-4V, Ti 6-4 ELI, aangepaste kwaliteiten |
GKN additief | Zweden | Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-4V, Ti-64 kwaliteiten |
LPW-technologie | Groot-Brittannië | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Menglegeringen |
Praxair | VS | CP Ti rang 2, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI |
TLS-techniek | Duitsland | Ti-6Al-4V, Ti-Al-Fe legeringen |
Deze bedrijven verbeteren voortdurend hun productieprocessen en kwaliteitsnormen om foutvrije titaniumpoeders te kunnen leveren die zijn aangepast voor alle grote metalen 3D-printmachines.
Titaanpoeder Kosten
Als lichtgewicht constructiemateriaal zijn titanium metaalpoeders ongeveer 4-5 keer duurder dan aluminium en 2 tot 3 keer duurder dan gewone staalsoorten in gewicht. De prijzen variëren per legering, kwaliteit en partijgrootte, van een paar kg tot een ton.
Legering | Prijsklasse per kg |
---|---|
CP Ti Gr 2 | $50 – $150 |
Ti-6Al-4V | $80 – $450 |
Ti-6Al-4V ELI | $100 – $650 |
Ti 6Al-7Nb | $250 – $1000 |
Ti-555 | $150 – $850 |
Ti-1023 | $500 – $2000 |
Titaanafval van 3D printen kan hergebruikt worden om de materiaalkosten te compenseren na het testen op vervuiling en het verifiëren van de eigenschappen. De totale kosten van een onderdeel zijn afhankelijk van de bouwsnelheid, arbeid, complexiteit van het ontwerp en nabewerking naast de kosten van grondstoffen.
Toepassingen van 3D-geprinte titanium onderdelen
Dankzij de duurzaamheid, biocompatibiliteit en ontwerpvrijheid breidt 3D-printen van metaal het gebruik van titanium in verschillende industrieën uit:
Lucht- en ruimtevaart - Onderdelen voor vliegtuig- en raketmotoren, casco's, helikopters, drones. Vermindert het aantal onderdelen tot 90% in vergelijking met geassembleerde structuren.
Medisch en tandheelkundig - Orthopedische implantaten, prothesen, fixaties en instrumenten waarbij hoge sterkte en biocompatibiliteit van vitaal belang zijn. Maakt aangepaste ontwerpen mogelijk die zijn afgestemd op de anatomie van de patiënt.
Auto- en motorsport - Lichtgewicht onderdelen zoals drijfstangen, schakelflippers, aandrijfassen terwijl de veiligheidseisen worden overtroffen. Maakt prestatieverbeteringen mogelijk door topologieoptimalisatie.
Industriële apparatuur - Solide titanium waaiers, kleppen, pijpen, warmtewisselaars bestand tegen corrosie/erosie. Conforme koelkanalen minimaliseren gereedschapsslijtage tijdens het spuitgieten.
Consumentengoederen - Aangepaste sportuitrusting zoals fietsframes, golfclubkoppen, kajakpeddels met geïntegreerde ergonomische titanium rasterstructuren.
3D-printen ontsluit nieuwe geometrieën in titanium die niet haalbaar zijn met gieten en ondersteunt tegelijkertijd de productie van kleine volumes voor gespecialiseerde toepassingen met versnelde doorlooptijden en kostenbesparingen gedurende de levenscyclus.
Metalen 3D printprocessen voor titanium
Er zijn verschillende additieve productietechnieken die geschikt zijn voor titanium poederbedfusie:
Poederbedfusieprocessen
Proces | Beschrijving | Hardware Voorbeelden |
---|---|---|
DMLS | Direct metaallasersinteren versmelt poeder met fiberlaser | EOS M-serie |
SLM | Selectief lasersmelten smelt poeder volledig tot dichte onderdelen | SLM-oplossingen |
EBM | Elektronenbundel smelt selectief poeder in vacuüm | Arcam A2X |
Deze poederbedprocessen bestaan uit het verspreiden van een dunne laag titaniumpoeder, het selectief smelten ervan met behulp van een gerichte warmtebron, het laten zakken van de bouwplaat en het herhalen van het proces om onderdelen van onder naar boven op te bouwen. De inerte gaskamer voorkomt oxidatie bij hoge temperaturen. De smeltbadjes stollen snel, wat resulteert in fijne gelijkvormige titaniumkorrels die isotopische eigenschappen hebben die vergelijkbaar zijn met gesmede producten.
SLM en DMLS bieden een hogere resolutie en oppervlakteafwerking, terwijl EBM snellere bouwsnelheden biedt voor goedkopere prototypes met een lage dichtheid. Hybride multilasersystemen verlagen de kosten van onderdelen en bouwtijden.
Gerichte energiedepositie
DED-processen zoals laser engineered net shaping (LENS) blazen metaalpoeder in een smeltbad dat wordt gecreëerd door een gefocuste laser of boog op een substraatplaat om parels naast elkaar af te zetten. DED is ideaal voor grote onderdelen die bijna netvormig zijn en uiteindelijk bewerkt worden. Titaniumlegeringen met hogere sterkte, taaiheid, breuktaaiheid en kruipweerstand kunnen worden gefabriceerd met geoptimaliseerde LENS-parameters.
Binder jetting
Door gebruik te maken van inkjet printkoptechnologie, deponeert binder jetting selectief een vloeibaar bindmiddel op een bed van titaniumpoeder om laag voor laag groene compacte onderdelen te vormen. Door te sinteren bij hoge temperaturen wordt een dichtheid van ~95% bereikt terwijl restspanningen tijdens het printen worden vermeden. Binder jetting is meer geschikt voor kleinere titanium onderdelen met gematigde structurele belastingen en eigenschappen lager dan die van gesmeed materiaal.
Nabewerking van titanium 3d printpoeder Onderdelen
Na het bouwproces kunnen titanium onderdelen verschillende nabewerkingsstappen ondergaan:
- Verwijderen van draagstructuur via EDM-draad snijden
- Spanningverlichtende warmtebehandeling
- Heet isostatisch persen (HIP)
- Oplossing behandelen & verouderen
- Shot peening om drukspanning op te wekken
- Verspanen - draaien, boren, frezen om te voldoen aan tolerantievereisten op kritieke tegenloopvlakken
- Oppervlakteafwerking - slijpen, zandstralen, polijsten, etsen om oppervlakken glad te maken
- Reiniging en sterilisatie voor medische onderdelen
De HIP-behandeling gebruikt argongas onder hoge druk onder vacuüm en bij verhoogde temperatuur. Dit helpt om interne holtes en microporositeit te elimineren, waardoor de vermoeiingslevensduur met 5-10 keer toeneemt voor missiekritieke luchtvaartonderdelen. HIP verandert echter de microstructuur van de geprinte onderdelen.
De totale kosten van onderdelen stijgen door uitgebreide handmatige nabewerkingsstappen voor kwaliteitskritische toepassingen. Geïntegreerde, geautomatiseerde nabewerkingsstations naast metaalprinters zijn in opkomst, samen met inspanningen voor kwaliteitsstandaardisatie in de AM-waardeketen die een hogere consistentie en herhaalbaarheid voor titanium onderdelen voor eindgebruik beloven.
Eigenschappen van 3D-geprinte titaniumlegeringen
Mechanische eigenschappen van veelgebruikte titaanlegeringen zijn afhankelijk van verschillende factoren zoals poederkwaliteit, laagdikte, laserparameters, bouwrichting, warmtebehandelingen en HIP.
Ti-6Al-4V ELI eigenschappen
Parameter | Zoals afgedrukt | Na HIP | Smeedijzer Ti-6Al-4V ELI |
---|---|---|---|
Treksterkte | 1050 – 1250 MPa | ~980 MPa | 860 - 965 MPa |
Opbrengststerkte (0,2% offset) | 1000 - 1150 MPa | ~930 MPa | 795 - 880 MPa |
Rek bij breuk | 8 – 15% | 10 – 18% | 10 – 16% |
Elasticiteitsmodulus | 100 - 114 GPa | 110 - 115 GPa | 110 - 114 GPa |
Vermoeiingssterkte (10^7 cycli) | 400 - 600 MPa | 500 - 800 MPa | 550 - 750 MPa |
Hardheid | 34 - 44 HRC | 32 - 40 HRC | 33 - 37 HRC |
Ti-6Al-4V ELI vertoont een vergelijkbare of betere treksterkte en hardheid dan traditionele smeedproducten, terwijl de vervormbaarheid en vermoeiing bij hoge cycli de eigenschappen van gesmeed materiaal benaderen na HIP.
Ti-6Al-7Nb Eigenschappen
Parameter | Typische As-Printed waarden | Gesmeed |
---|---|---|
Treksterkte | 900 - 1300 MPa | 860 - 1100 MPa |
Opbrengststerkte (0,2% offset) | 800 - 1250 MPa | 795 - 965 MPa |
Rek bij breuk | 5 – 15 % | 8 – 20% |
Elasticiteitsmodulus | 95 - 115 GPa | 100 - 115 GPa |
Hardheid | ~334 HV | ~302 HV |
De toevoeging van niobium verhoogt de biocompatibiliteit in vergelijking met vanadium, terwijl de sterkte groter is dan die van traditionele Ti-6Al-4V implantaten. Geoptimaliseerde SLM-parameters produceren dichte Ti-6Al-7Nb-structuren van medische kwaliteit die de eigenschappen van gesmeed materiaal evenaren.
Ontwerprichtlijnen en beperkingen
Om de voordelen van poederbedfusie volledig te benutten, moeten ingenieurs onderdelen specifiek ontwerpen voor additieve productie:
Praktijken voor optimaal ontwerp
- Minimaliseer onnodige massa voor gewichtsbesparing met rasterstructuren
- Consolideren van subassemblages in afzonderlijke componenten
- Organische vormen en contouren verwerken die niet beschikbaar zijn bij machinale bewerking
- Ingebedde convergente koelkanalen niet mogelijk met gietstukken
- Versterk gebieden met hoge spanning met gyroïde opvulling of textuur
- Standaardiseren van interfaces, fittingen, bevestigingen voor modulaire assemblages
- Parametriseer onderdelenfamilies waarbij kritieke kenmerken gemeenschappelijk blijven
Ontwerpgrenzen
- Overstekhoeken van meer dan 60 graden vereisen steunen
- Extreme hoogte-breedteverhoudingen van meer dan 5:1 kunnen instorten of vervormen
- Minimale wanddikte ~0,8 mm, fijne kenmerken > 0,4 mm
- Dichte zakken kunnen ongesinterd poeder vasthouden, waardoor afvoergaten nodig zijn
- Vermijd holle ruimten geïsoleerd van toegang voor poederverwijdering
- Royale vullingen nodig om restspanningen te verlichten
- Nabewerking essentieel voor pasvormen, afdichtingen, lagers
Voorafgaande DfAM-training voor ingenieurs in combinatie met AM-ervaren ontwerpers kan herbewerkingen voorkomen door een gebrek aan productieklare ontwerpen die nodig zijn voor metaalgeprinte onderdelen voor eindgebruik.
Vergelijkende analyse
3D printen vs. gegoten of bewerkt titanium
Pro's voor additieve productie
- Ontwerpvrijheid voor lichtgewicht constructies
- Vermindering aantal onderdelen via consolidatie
- Aangepaste vormen die voldoen aan de vereisten van het veld
- Geen gereedschap meer nodig voor gietmatrijzen of CNC
- Veiliger, duurzaam proces met minder afval
- Kortere doorlooptijd voor kleine series
Nadelen
- Langzamer bouwen dan massaproductie
- Groottebeperkingen opgelegd door kleinere bouwkamers
- Hogere kosten per onderdeel in middelgrote hoeveelheden
- Uitgebreide opruiming van de steun waardoor oppervlaktedefecten ontstaan
- Nabewerking verlaagt de eigenschappen van het geprinte materiaal
- Anisotropie leidt tot richtingzwakke punten
- Normen en kwalificaties worden nog volwassen
3D-geprint titanium vs. andere metalen
Parameter | Titanium | Aluminium | Roestvrij staal | Nikkellegeringen |
---|---|---|---|---|
Kracht | Hoog | Medium | Medium | Heel hoog |
Stijfheid | Medium | Medium | Hoog | Hoog |
Dikte | Lichtgewicht | Zeer licht | Zwaarder | Zwaarder |
Kosten | Hoog | Laag | Medium | Hoog |
Levensduur bij temperatuur | Uitstekend | Eerlijk | Beter | Beste |
Corrosieweerstand | Uitstekend | Beurs/Coatings | Beste | Beter |
Bio-compatibiliteit | Uitstekend | Goed | Eerlijk | Arm |
Magnetische eigenschappen | Nee | Nee | Licht magnetisch | Magnetisch |
Titanium springt eruit waar mechanische prestaties bij hoge temperaturen worden gecombineerd met ontwerpflexibiliteit, lage massa en bestendigheid tegen extremen. De uitgebreide mogelijkheden van AM helpen bij het overwinnen van de traditionele productie-uitdagingen van hoge buy-to-fly ratio's en lange doorlooptijden die toepassingen eerder beperkten, ondanks de uitstekende eigenschappen.
![Poeder voor titanium 3D afdrukken 11 titanium 3d printpoeder](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/10/310-Powder.jpg)
Vooruitzichten en toekomst van Titanium AM
Additive is een van de snelst groeiende productiesegmenten met printers die steeds groter en sneller worden en gebruikmaken van meerdere lasers en robotarmen. Titanium onderdelen worden gekwalificeerd voor serieproductie in de luchtvaart, ruimtevaart, energie, motorsport en medische sector.
Enkele trends die van invloed zijn op het gebruik van titanium poederbedfusie:
- Dalende systeemkosten verbeteren betaalbaarheid
- Geautomatiseerde nabewerking voor herhaalbaarheid
- BAAM-technieken (Big Area Additive Manufacturing) voor grote titaniumstructuren
- Nieuwe gespecialiseerde legeringen met superieure kruip- en vermoeiingssterkte
- Simulatie en AI voor defectvoorspelling, procesoptimalisatie, kwaliteitsborging
- Hybride printen combineert additief, subtractief, inspectie, automatisering
- Volwassenheid van de toeleveringsketen die zorgt voor traceerbaarheid van materialen en procesnormen
Nu titanium AM onderdelen veiligheidscertificaten en medische certificaten krijgen, is 3D-printen klaar om voorraadintensieve industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart te transformeren via gedistribueerde productiemodellen. Bedrijven werken samen in de waardeketen en brengen innovatieve ontwerpen sneller en tegen lagere kosten dan ooit tevoren in missiekritische toepassingen.
Delen op
Facebook
Twitteren
LinkedIn
WhatsAppen
E-mail
MET3DP Technology Co, LTD is een toonaangevende leverancier van additieve productieoplossingen met hoofdkantoor in Qingdao, China. Ons bedrijf is gespecialiseerd in 3D printapparatuur en hoogwaardige metaalpoeders voor industriële toepassingen.
Onderzoek om de beste prijs en een op maat gemaakte oplossing voor uw bedrijf te krijgen!
gerelateerde artikelen
Over Met3DP
Video afspelen
Recente update
Ons product
NEEM CONTACT MET ONS OP
Nog vragen? Stuur ons nu een bericht! Na ontvangst van uw bericht behandelen wij uw verzoek met een heel team.
![metalen 3dp-logo klein](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/metal-3dp-logo-small.png)
Metaalpoeders voor 3D printen en additieve productie
BEDRIJF
PRODUCT
contact informatie
- Qingdao-stad, Shandong, China
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731