Wytwarzanie przyrostowe tytanu

Produkcja addytywna (AM), znana również jako druk 3D, rewolucjonizuje produkcję w różnych branżach. Niniejszy przewodnik zawiera dogłębne spojrzenie na technologie AM dla części tytanowych, w tym procesy, materiały, zastosowania, obróbkę końcową, kontrolę jakości i inne.

Przegląd tytanowa produkcja addytywna

Tytan jest mocnym, lekkim metalem, idealnym do wysokowydajnych zastosowań, takich jak lotnictwo i medycyna. Produkcja addytywna odblokowuje nowe możliwości projektowania i dostosowywania tytanu.

Wraz ze spadkiem kosztów i poprawą jakości, wdrażanie tytanu AM nabiera tempa.

Materiały tytanowe dla AM

Różne stopy tytanu są wykorzystywane do produkcji addytywnej:

Właściwości proszku, takie jak rozkład wielkości cząstek, morfologia i czystość, są optymalizowane pod kątem przetwarzania AM.

Metody wytwarzania przyrostowego tytanu

Popularne techniki AM tytanu:

Każdy proces ma określone zalety w zależności od zastosowania części i wymagań.

Metalowe łóżko proszkowe Fusion

Złoże proszku jest selektywnie topione przez źródło ciepła warstwa po warstwie:

L-PBF umożliwia uzyskanie drobniejszych elementów, podczas gdy EBM zapewnia wyższą produktywność. Obydwie metody pozwalają uzyskać części o gęstości zbliżonej do pełnej.

Ukierunkowane osadzanie energii

Skoncentrowana energia cieplna jest wykorzystywana do topienia metalowego proszku/drutu w celu osadzania materiału warstwa po warstwie:

DED jest często używany do naprawy lub dodawania funkcji do istniejących komponentów.

Proces rozpylania spoiwa

Płynny środek wiążący selektywnie łączy warstwy proszku metalowego:

• Rozprowadzanie proszku - Nowa warstwa proszku rozprowadzona na platformie roboczej.
• Rozpylanie spoiwa - głowica drukująca układa spoiwo w pożądany wzór
• Wiązanie - spoiwa łączą ze sobą cząsteczki proszku.
• W celu osiągnięcia pełnej gęstości stosuje się dodatkowe etapy suszenia, utwardzania i infiltracji.

Binder jetting wytwarza porowate "zielone" części, które wymagają spiekania i infiltracji w celu zagęszczenia. Umożliwia drukowanie z dużą prędkością.

Parametry AM dla tytanu

Kluczowe parametry procesu AM dla tytanu:

Optymalizacja tych parametrów zapewnia równowagę między szybkością produkcji, jakością części i właściwościami materiału.

Przetwarzanie końcowe tytanowa produkcja addytywna Części

Typowe etapy przetwarzania końcowego:

Obróbka końcowa dostosowuje części do wymagań aplikacji końcowej.

Zastosowania produkcji dodatków tytanowych

Kluczowe obszary zastosowań tytanowych części AM:

AM umożliwia innowacyjne projektowanie komponentów tytanowych w wymagających branżach.

Kontrola jakości tytanowych części do produkcji addytywnej

Krytyczne kontrole jakości tytanowych części AM:

• Dokładność wymiarowa - Pomiary w stosunku do projektu przy użyciu maszyn CMM i skanerów 3D.
• Chropowatość powierzchni - Ilościowe określenie tekstury powierzchni za pomocą profilometrów.
• Porowatość - Tomografia rentgenowska w celu sprawdzenia wewnętrznych pustek.
• Skład chemiczny - Potwierdź klasę stopu za pomocą technik spektrometrycznych.
• Właściwości mechaniczne - Przeprowadzanie testów rozciągania, zmęczenia i odporności na pękanie.
• Badania nieniszczące - Badanie rentgenowskie, ultradźwiękowe, penetracyjne.
• Mikrostruktura - Metalografia i mikroskopia w celu sprawdzenia wad.

Kompleksowe testy sprawdzają jakość części pod kątem wydajności funkcjonalnej.

Globalni dostawcy tytanowa produkcja addytywna

Wiodący dostawcy usług i systemów AM z tytanu:

Firmy te oferują szereg tytanowych urządzeń AM, materiałów i usług produkcji części.

Analiza kosztów

Koszty części z tytanu AM zależą od

• Rozmiar części - Większe części wymagają więcej materiału i czasu budowy.
• Wielkość produkcji - Wysokie wolumeny rozkładają koszty na większą liczbę części.
• Materiał - Stopy tytanu mają wyższe koszty materiałowe niż stale.
• Przetwarzanie końcowe - Dodatkowe etapy przetwarzania zwiększają koszty.
• Zakup vs outsourcing - Koszty nabycia systemu AM a koszty produkcji kontraktowej.

Technologia Titanium AM jest ekonomicznie opłacalna w przypadku złożonych części o małej objętości. Konkuruje z metodami subtraktywnymi, takimi jak obróbka CNC.

Wyzwania związane z produkcją dodatków tytanowych

Niektóre bieżące wyzwania związane z tytanem AM obejmują:

• Wysokie naprężenia szczątkowe mogą powodować zniekształcenia i wady części.
• Osiągnięcie stałych właściwości mechanicznych porównywalnych z materiałami kutymi.
• Anizotropowe zachowanie materiału w zależności od orientacji konstrukcji.
• Ograniczony rozmiar w porównaniu do innych metod produkcji.
• Niespójności procesu między maszynami AM i kwestie powtarzalności.
• Wysokie koszty początkowe systemu i ceny materiałów.
• Brak wykwalifikowanych operatorów i ekspertów merytorycznych.

Jednak postęp w tej dziedzinie pomaga przezwyciężyć wiele z tych ograniczeń.

Perspektywy na przyszłość dla produkcji dodatków tytanowych

Perspektywy na przyszłość dla tytanu AM są pozytywne:

• Rozszerzający się zakres stopów i opcji materiałowych opracowanych specjalnie dla AM.
• Większa objętość robocza umożliwiająca produkcję większych części i wyższą produktywność.
• Lepsza jakość, wykończenie powierzchni, właściwości materiału zbliżone do materiałów kutych.
• Rozwój w zakresie inspekcji in-situ, monitorowania i kontroli procesów.
• Produkcja hybrydowa łącząca AM z obróbką CNC i innymi metodami.
• Wzrost w sektorach lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym i przemysłowych turbin gazowych.
• Szersze zastosowanie wraz ze spadkiem kosztów systemu AM i wzrostem wiedzy specjalistycznej.

Technologia Titanium AM ma ogromny potencjał, aby przekształcić łańcuchy dostaw w wielu branżach, ponieważ technologia ta wciąż dojrzewa.

Wybór biura serwisowego Titanium AM

Oto wskazówki dotyczące wyboru dostawcy usług tytanu AM:

• Zapoznaj się z ich konkretnymi doświadczeniami i przykładami dotyczącymi części tytanowych.
• Poszukiwane są kompleksowe funkcje, w tym przetwarzanie końcowe.
• Oceń ich systemy jakości i certyfikaty, takie jak ISO i AS9100.
• Oceń ich wsparcie inżynieryjne i wiedzę w zakresie projektowania AM.
• Rozważ lokalizację i logistykę w celu szybkiej realizacji.
• Zapoznanie się z możliwościami i wydajnością sprzętu AM.
• Porównanie modeli cenowych (za część, rabaty ilościowe itp.).
• Sprawdź czas realizacji i terminowość dostaw.
• Przejrzyj opinie klientów i poziom ich zadowolenia.

Wybór odpowiedniego partnera zapewnia wysoką jakość części dostarczanych na czas i zgodnie z budżetem.

Plusy i minusy Titanium AM

Zalety i ograniczenia tytanowego AM:

Plusy

• Swoboda projektowania umożliwia tworzenie złożonych geometrii.
• Lekkość dzięki siatkom i optymalizacji topologii.
• Szybsze prototypowanie i ograniczone serie produkcyjne.
• Konsolidacja zespołów w pojedyncze części.
• Spersonalizowane urządzenia medyczne dostosowane do anatomii.
• Mniejsze straty materiału w porównaniu z obróbką skrawaniem.

Wady

• Stosunkowo wysokie koszty produkcji w porównaniu z innymi procesami.
• Ograniczenia maksymalnego rozmiaru części.
• Często wymagana jest obróbka końcowa w celu poprawy wykończenia.
• Anizotropowe właściwości materiału.
• Normy i kodeksy wciąż w opracowaniu.
• Specjalistyczna wiedza wymagana do projektowania i przetwarzania.

W przypadku małych i średnich ilości złożonych części tytanowych, AM jest technologią zmieniającą zasady gry, pomimo pewnych utrzymujących się ograniczeń w miarę dojrzewania technologii.

Najczęściej zadawane pytania

Wnioski

Produkcja dodatków do tytanu umożliwia tworzenie przełomowych projektów i lekkich komponentów w przemyśle lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym i innych sektorach o wysokiej wartości. W miarę dojrzewania technologii można oczekiwać szerszego zastosowania tytanu AM w większej liczbie branż, aby przekształcić łańcuchy dostaw i umożliwić tworzenie produktów nowej generacji.

poznaj więcej procesów druku 3D