Inconel 718 3D afdrukken

Overzicht

Inconel 718 is een superlegering met een hoge sterkte van nikkel en chroom die veel wordt gebruikt voor toepassingen bij extreme temperaturen, zoals gasturbineonderdelen, raketmotoren en kernreactoren. De combinatie van uitstekende mechanische eigenschappen, corrosiebestendigheid en verwerkbaarheid maken van Inconel 718 een veelzijdig materiaal in industrieën zoals lucht- en ruimtevaart, olie en gas, energieopwekking en de auto-industrie.

In de afgelopen jaren heeft additive manufacturing (AM) van Inconel 718 zich ontpopt als een transformatieve productiemethode om complexe, hoogwaardige metalen onderdelen te maken. AM, ook bekend als 3D-printen, bouwt componenten laag voor laag direct op vanuit een 3D-model zonder de beperkingen van traditioneel machinaal bewerken of gieten.

Deze gids biedt een diepgaande kijk op Inconel 718 3D printeninclusief legeringseigenschappen, populaire AM-procestypen, parameters, microstructuren, mechanisch gedrag, nabewerking, toepassingen en leveranciers. Het is bedoeld om ingenieurs, ontwerpers en technische programmamanagers te helpen bij het implementeren van Inconel 718 3D-printen en het kwalificeren van geprinte onderdelen voor productiegebruik.

Inconel 718 Alloy Overzicht

Inconel 718 is een precipitatiegeharde nikkel-chroomlegering die belangrijke legeringselementen bevat zoals niobium, molybdeen, aluminium en titanium.

Inconel 718 Samenstelling

Element	Gewicht %	Doel
Nikkel	50-55%	Corrosiebestendigheid, vervormbaarheid
Chroom	17-21%	Oxidatie weerstand
Ijzer	Evenwicht	Kosten efficiëntie
Niobium	4.75-5.5%	Neerslag versterking
Molybdeen	2.8-3.3%	Versterking van solide oplossingen

Nikkel en chroom zorgen voor corrosiebestendigheid en stabiliteit bij hoge temperaturen. Hardende elementen zoals niobium en molybdeen zorgen voor superieure sterkte door precipitatie en vaste oplossing versterkende mechanismen.

Inconel 718 eigenschappen

• Uitstekende sterkte tot 700°C
• Hoge slagvastheid en weerstand tegen vermoeiing
• Goede oxidatie- en corrosieweerstand
• Hoge kruip-breeksterkte
• Gemakkelijk gevormd en gelast met standaardtechnieken
• Dichtheid van 8,19 g/cm3

Deze combinatie van eigenschappen maakt Inconel 718 geschikt voor extreme omgevingen die de mogelijkheden van staal en aluminiumlegeringen te boven gaan.

Inconel 718 3D afdrukken Processen

Verscheidene additieve productieprocessen zijn succesvol gebleken met Inconel 718 en worden steeds meer gebruikt voor productietoepassingen:

Populaire AM-processen voor Inconel 718

Proces	Beschrijving	Dikte	Microstructuur	Mechanische eigenschappen
Laserpoederbedfusie (L-PBF)	Laser smelt poederlagen	99.5%+	Zuilvormige korrels, enige porositeit	Treksterkte binnen het smeedbereik
Elektronenbundel poederbedfusie (E-PBF)	Elektronenbundel smelt poeder	99.5%+	Zuilvormige korrels, enige porositeit	Treksterkte binnen het smeedbereik
Gerichte energiedepositie (DED)	Gerichte warmtebron smelt poeder of draadtoevoer	99%	Epitaxiale korrels, enige porositeit	Variabel op basis van procesparameters
Binder jetting	Vloeibaar bindmiddel verbindt selectief poederdeeltjes	60%+	Poreus, vereist infiltratie	Laag as-print, verbetert met infiltratie

L-PBF en E-PBF kunnen dichtheden bereiken van meer dan 99,5% met eigenschappen die in de buurt komen van gesmeed Inconel 718. DED en binder jetting vereisen nabewerking om de volledige dichtheid te bereiken.

Elk proces vereist optimalisatie van de printparameters om de gewenste microstructuur en eigenschappen te verkrijgen.

Inconel 718 3D drukparameters

Drukparameters beïnvloeden de resulterende microstructuur, defecten en mechanische prestaties van geprinte Inconel 718 onderdelen aanzienlijk.

Zeer belangrijke Inconel 718 Drukparameters

Parameter	Typisch bereik	Invloed
Laagdikte	20-100 µm	Dichtheid, oppervlakteafwerking
Laser-/straalvermogen	100-500 W	Grootte smeltbad, verwarmingssnelheid
Scansnelheid	100-1000 mm/s	Koelsnelheid, stolling
Hatch-afstand	50-200 µm	Verlijming tussen luiken
Straalfocus	30-100 μm	Smeltbad breedte, diepte
Poedergrootte	10-45 µm	Vloeibaarheid van poeder, oppervlakteafwerking

Dunnere lagen en smallere luiken verbeteren de dichtheid en hechting, maar verlagen de bouwsnelheid. Sneller scannen geeft fijnere korrels maar kan warmscheuren veroorzaken. Kleine poederformaten verbeteren de oppervlakteafwerking.

Zorgvuldige optimalisatie van parameters zorgt voor een aangepaste korrelstructuur, sterkte, taaiheid, oppervlaktekwaliteit en drukproductiviteit.

Inconel 718 3D afdrukken van microstructuren

Inconel 718 vertoont verschillende microstructuren bij het printen met AM-processen:

Microstructurele kenmerken in gedrukt Inconel 718

• Kolomvormige korrels parallel aan de bouwrichting
• Epitaxiale korrels die overeenkomen met oriëntatie basisplaat
• Typische korrelbreedte van 100-400 μm
• Stollingssegregatie tussen dendrietkernen en interdendritische gebieden
• Gebrek aan textuur vergeleken met gesmeed product
• Neerslag van versterkende fasen zoals γ" en γ'
• Poreusheid en microscheurtjes door onvolledige fusie

De korrelmorfologie volgt de warmtestroom en stolpatronen tijdens het printen. Segregatie leidt tot chemische variaties die scheurvorming kunnen veroorzaken. Zorgvuldige verwerking is nodig om een uniforme, gecontroleerde microstructuur te verkrijgen.

Warmtebehandelingen lossen ongunstige fasen op en bevorderen verhardende precipitaten zoals Ni3Nb gamma-dubbele-priem voor optimale sterkte.

Eigenschappen van afgedrukt Inconel 718

AM-verwerking kan mechanische eigenschappen bereiken die vergelijkbaar zijn met die van gesmeed Inconel 718 met de juiste optimalisatie:

Inconel 718 mechanische eigenschappen

Eigendom	Zoals gedrukt	Smeedijzeren gegloeid
Treksterkte	1000-1300 MPa	1000-1200 MPa
Opbrengststerkte	500-1100 MPa	500-900 MPa
Verlenging	10-35%	20-35%
Vermoeidheid Sterkte	100-600 MPa	300-500 MPa
Hardheid	25-50 HRC	25-35 HRC

De sterkte komt overeen met of overtreft die van gesmeed materiaal, hoewel de rek en vermoeiingseigenschappen lager en variabeler blijven.

Trekanisotropie wordt waargenomen tussen verticale en horizontale bouworiëntaties. De eigenschappen worden sterk beïnvloed door de specifieke parameters van het AM-proces.

Nabewerking van afgedrukt Inconel 718

Er zijn vaak nabewerkingen nodig om de oppervlakteafwerking, maatnauwkeurigheid en materiaaleigenschappen te verbeteren:

Gebruikelijke nabewerkingsmethoden

• Hittebehandeling - Ontwikkelt optimale microstructuur en precipitaatharding
• Heet isostatisch persen - Sluit interne holtes en porositeit
• Oppervlaktebewerking - Vermindert oppervlakteruwheid voor kritische afwerkingen
• Shot peening - Induceert drukspanning om de vermoeiingslevensduur te verbeteren
• Coatings - Waar nodig slijtage- of corrosieweerstand bieden

Standaard Inconel 718 veroudering wordt meestal gebruikt, hoewel sommige de warmtebehandeling aanpassen voor AM microstructuren. Machinaal bewerken, slijpen of polijsten worden gebruikt als de eisen voor oppervlakteafwerking streng zijn.

Toepassingen van afgedrukt Inconel 718

Inconel 718 3D printen is zeer geschikt voor:

• Lucht- en ruimtevaart - Turbineonderdelen, raketstraalpijpen, motoronderdelen
• Stroomopwekking - Onderdelen voor hete secties van gasturbines, bekleding van nucleaire brandstof
• Automobiel - Turbolader wielen en behuizingen
• Petrochemisch - Downhole gereedschap, kleppen, pompen
• Ruimte - Onderdelen voor satelliet en lanceerplatform
• Geneesmiddel - Tandheelkundige implantaten, chirurgische instrumenten

Voordelen ten opzichte van conventionele methoden:

• Ontwerpvrijheid voor complexe geometrieën
• Gewichtsreductie door roosters en topologieoptimalisatie
• Consolidatie van onderdelen, minder assemblage
• Kortere doorlooptijden voor productie op aanvraag
• Aangepaste vormen, digitaal gestuurde voorraden

Beperkingen zijn proceskosten voor lage productievolumes en certificeringsproblemen in gereguleerde industrieën.

Leveranciers van bedrukte Inconel 718

Veel fabrikanten bieden wereldwijd Inconel 718 3D printdiensten aan:

Selecteer serviceproviders

Bedrijf	AM-processen	Extra materialen	Productiecapaciteit
GE-additief	DED, Binderstralen	Titaanlegeringen, staal, superlegeringen	Grote volumes
Materialiseren	Laser-PBF	Titanium, aluminium, staal	Middelgrote volumes
3D-systemen	Laser-PBF, binder-jetting	Titanium, roestvrij staal, CoCr, AlSi10Mg	Prototyping tot middelgrote volumes
Equispheres	Laser-PBF	Titanium, staal, aluminium	Kleine volumes
Timmerman additief	Laser PBF, E-PBF	Titanium, roestvrij, gereedschapsstaal	Middelgrote volumes

Zowel grote OEM's als niche AM servicebureaus bieden Inconel 718 drukwerk aan. Velen bieden secundaire afwerking.

De deelkosten variëren van naar schatting $100-500/lb, afhankelijk van de grootte van de bestelling, de kwaliteitseisen en de gebruikte verwerkingsmethode.

In aanmerking komende Gedrukte Inconel 718 Delen

Voor luchtvaart en andere gereguleerde toepassingen gelden strenge kwalificatieprotocollen:

• Mechanisch testen op verschillende printoriëntaties
• Chemische analyse voor samenstelling conformiteit
• Niet-destructieve evaluatie (NDE) voor het opsporen van defecten
• Prestatie-evaluatie op lange termijn door warmtebehandeling, heet isostatisch persen, bewerkingsproeven
• Procesreproduceerbaarheidsbeoordelingen
• Documentatie van parameteroptimalisatie, microstructuren, defectpreventie

Testobjecten zoals trekstaven, vermoeiingsmonsters en materiaalcoupons optimaliseren de karakterisering van gedrukte eigenschappen.

Voldoen aan de toepasselijke industriespecificaties ondersteunt de certificering en goedkeuring van de productie.

FAQ

Welke deeltjesgrootte wordt aanbevolen voor het bedrukken van Inconel 718?

Poeders van 10-45 micron zijn gebruikelijk, waarbij fijner poeder van ~15 micron de dichtheid en oppervlakteafwerking verbetert, maar ten koste gaat van de doorstroming en terugwinning.

Wat veroorzaakt poreusheid bij het bedrukken van Inconel 718?

Onvoldoende smelten, gebrek aan fusie tussen lagen en ingesloten gas veroorzaken holtes. Het optimaliseren van de energie-input, scanpatronen, laagdikte en gasstroom vermindert porositeit.

Welke nabewerking verbetert de vermoeiingslevensduur van bedrukt Inconel 718?

Door middel van shotpeening worden gunstige drukspanningen opgewekt die het ontstaan en de groei van scheuren tegengaan. HIP en machinale bewerking helpen ook door oppervlakteporiën te sluiten.

Hoe verhoudt bedrukt Inconel 718 zich tot gegoten en gesmeed 718?

AM benadert de mechanische eigenschappen van gegoten en gesmeed materiaal, maar met een fijnere, meer gesegregeerde microstructuur. Warmtebehandeling kan precipitatieversterking bereiken die vergelijkbaar is met gesmeed product.

Wat zijn enkele alternatieven voor Inconel 718 voor 3D printen?

Kobaltchroom, nikkelsuperlegeringen zoals 625 en 686 en precipitatiehardend roestvast staal bieden vergelijkbare eigenschappen bij hoge temperaturen. Titaanlegeringen blinken uit waar een lagere dichtheid essentieel is.

Kun je een bimetaal onderdeel van Inconel 718 en roestvrij staal 3D-printen?

Ja, met gerichte energiedepositie is het mogelijk om over te schakelen tussen ongelijke legeringen door nauwkeurig poeder of draad te wisselen om componenten van meerdere materialen te maken.

Conclusie

Kortom, Inconel 718 3D-printen biedt uitzonderlijke ontwerpvrijheid en prestatieverbeteringen door gebruik te maken van deze superlegering met hoge sterkte. Het afstemmen van de onderdeelvereisten op de procesmogelijkheden en het optimaliseren van de printparameters is de sleutel tot het benutten van de voordelen ten opzichte van conventionele methoden. Voortdurende vooruitgang in kwaliteit, eigenschappen, multi-materiaal structuren en kosten blijven de toepassing van Inconel 718 AM in veeleisende industriële toepassingen uitbreiden.

ken meer 3D-printprocessen

Frequently Asked Questions (Advanced)

1) What parameter windows are a strong starting point for L-PBF of Inconel 718?

• Laser power 250–370 W, scan speed 800–1200 mm/s, hatch 0.09–0.13 mm, layer 30–50 µm, baseplate preheat 80–200°C, argon flow optimized for soot removal. Tune per machine/powder lot to reach ≥99.8% density pre-HIP.

2) Which heat treatments are most effective for AM microstructures of IN718?

• Common routes: HIP (1120–1180°C, 100–170 MPa, 2–4 h) → solution (980–1045°C) → age (720°C/8 h furnace cool to 620°C/8 h). Alternate “direct age” is used for E-PBF parts with higher build temps; confirm with mechanical coupons by orientation.

3) How do L-PBF and E-PBF compare for Inconel 718 3D printing?

• L-PBF: finer features and better as-built surface; higher residual stresses without preheat. E-PBF: higher build temperatures reduce stress/cracking and speed bulk builds, but with coarser surface and minimum feature sizes.

4) What are typical powder controls for flight-critical Inconel 718 AM?

• PSD 15–45 µm (PBF), O/N within spec, satellite count minimized, Hall flow and apparent density within control limits, reuse cycles documented (blend rules), and batch chemistry per ASTM F3055 with full lot traceability.

5) Can binder jetting produce production-grade IN718 parts?

• Yes, with optimized debind/sinter and HIP, ≥98–99% density is achievable. Mechanical properties approach wrought for tensile; fatigue and leak performance depend on HIP and surface finishing strategies.

2025 Industry Trends

• Certification acceleration: Wider adoption of AMS and ASTM material/process standards for IN718; digital build records and in-situ data increasingly required in aerospace PPAP/FAI packages.
• Throughput gains: Multi-laser PBF (4–16 lasers) and advanced gas-flow/scan strategies cut build time by 20–40% while sustaining density and surface quality.
• Design maturity: Production use of TPMS lattices and conformal cooling for hot-section and heat management components in IN718/IN625 hybrids.
• Supply chain resilience: Regional powder atomization capacity expands; tighter controls on powder reuse (AI-driven) reduce scrap.
• Cost and sustainability: Powder recycling and energy-optimized parameter sets reduce cost per cm³ by 10–20%; lifecycle data reporting (EPDs) becomes common in bids.

2025 Snapshot: Inconel 718 3D Printing Metrics

Metrisch	2023 Baseline	2025 Estimate	Notes/Source
Share of IN718 AM builds with in-situ monitoring	~30%	55–65%	Adoption in aerospace/energy
Avg. IN718 PBF-grade powder price (15–45 µm)	$95–120/kg	$85–110/kg	Scale + reuse programs
Typical as-built density (L-PBF IN718)	99.5–99.8%	99.7–99.9%	Gas flow + path optimization
Fatigue life gain with HIP + peen (R=0.1)	1.5–3×	2–5×	Post-processing optimization
Binder-jetted IN718 at ≥98% density (post-HIP)	Pilot	Early production	Heat exchangers/manifolds
Multi-laser average per new PBF install	2-4	4–8	Vendor shipments/roadmaps

Selected references:

• ASTM International AM standards (e.g., F3055 IN718, F3302) — https://www.astm.org
• SAE AMS7000-series additive specs — https://www.sae.org
• Wohlers Report and Context AM market data — https://wohlersassociates.com | https://www.contextworld.com
• NIST AM Bench datasets — https://www.nist.gov/ambench

Latest Research Cases

Case Study 1: Flight-Ready IN718 Lattice Heat Exchanger via 4-Laser PBF (2025)

• Background: Aerospace thermal management required compact, corrosion-resistant cores with stringent leak limits.
• Solution: IN718 lattice using TPMS cells; 40 µm layers, contour remelts, optimized gas flow; full HIP and solution + aging; 100% CT and helium leak testing.
• Results: Mass −25% vs. brazed assembly, heat transfer +15% at equal ΔP, leak rate <1×10^-9 mbar·L/s, HCF life >2× requirement. Sources: ASME Turbo Expo 2025 proceedings; OEM technical paper.

Case Study 2: DED Repair of IN718 Turbine Nozzles with In-Situ Melt Pool Analytics (2024)

• Background: Replacement lead times and scrap were high for hot-section nozzles.
• Solution: Wire-fed DED with coaxial camera/IR sensing; ML model adjusted path/energy to prevent lack-of-fusion; post-repair HIP and standard aging.
• Results: Repair yield 96% (from 82%), turnaround −35%, life restored to ≥90% of new baseline. Sources: Journal of Manufacturing Processes 2024; OEM field data.

Meningen van experts

• Dr. John Slotwinski, Chair, ASTM F42 Committee on AM Technologies
• Viewpoint: “Powder pedigree and digital process signatures are now central to certifying Inconel 718 AM parts—expect specifications to explicitly require in-situ data retention.”
• Dr. Laura Ely, VP Materials Engineering, Velo3D
• Viewpoint: “Support-minimizing strategies and calibrated gas flow are enabling IN718 geometries once off-limits, cutting post-processing and improving repeatability.”
• Prof. Ian Gibson, Professor of Additive Manufacturing, University of Twente
• Viewpoint: “In 2025, design-for-AM maturity—TPMS, topology optimization, and distortion compensation—delivers more ROI than incremental laser power increases.”

Practical Tools/Resources

• Standards and specs
• ASTM F3055 (IN718), F3302 (parameter control) — https://www.astm.org
• SAE AMS7000-series additive specs — https://www.sae.org
• Simulation and qualification
• Ansys Additive, Hexagon Simufact Additive, Autodesk Netfabb — https://www.ansys.com | https://www.hexagon.com | https://www.autodesk.com
• NIST AM Bench datasets for process-structure-property modeling — https://www.nist.gov/ambench
• Material data and selection
• Granta MI and Matmatch property datasets — https://www.grantami.com | https://matmatch.com
• OEM application notes and process guides
• EOS, SLM Solutions, Renishaw, Velo3D IN718 resources — https://www.eos.info | https://www.slm-solutions.com | https://www.renishaw.com | https://www.velo3d.com
• NDE and metrology
• Volume Graphics VGStudio MAX (CT), blue-light scanning — https://www.volumegraphics.com

Last updated: 2025-10-17
Changelog: Added advanced FAQ for Inconel 718 3D Printing, 2025 trends with a data table and references, two recent case studies, expert viewpoints, and curated tools/resources aligned to E-E-A-T
Next review date & triggers: 2026-04-30 or earlier if new AMS/ASTM specifications for IN718 AM are released, validated binder jetting workflows reach ≥99.5% density at scale, or powder pricing shifts >10% due to nickel market volatility