3D-печать из инконеля: преимущества, типы, применение
Оглавление
Обзор 3D-печати из инконеля
3D-печать из инконеляПод аддитивным производством сплавов Inconel понимается изготовление деталей из металлических порошков Inconel с использованием технологий 3D-печати. Инконель - это семейство суперсплавов на основе никеля и хрома, известных своей высокой прочностью, коррозионной стойкостью и жаропрочностью. К числу ключевых особенностей 3D-печати Inconel относятся:
- Позволяет изготавливать сложные, легкие геометрические формы, невозможные при традиционном производстве
- Хорошие механические свойства и характеристики материала, сопоставимые с деформируемыми деталями из инконеля
- Печать деталей может осуществляться по требованию без использования штампов, пресс-форм или специальной оснастки
- Сокращение времени и затрат при мелкосерийном производстве
- Возможность создания оптимизированных форм и конструкций путем оптимизации топологии
- Широкий спектр отраслей, использующих 3D-печать деталей из инконеля, включает аэрокосмическую, автомобильную, нефтегазовую, медицинскую, химическую промышленность
Некоторые преимущества и ограничения 3D-печати из инконеля, которые следует учитывать:
Преимущества 3D-печати из инконеля
- Сложные геометрии и легкие конструкции
- Индивидуальные, оптимизированные конструкции
- Сокращение отходов - использование только необходимого количества материала
- Сокращение сроков изготовления, снижение затрат при изготовлении небольших партий продукции
- Простота внесения изменений в конструкцию и итераций
- Консолидированные сборки и сокращение количества деталей
- Приобретение деталей по требованию без минимальных объемов заказа
Ограничения 3D-печати из инконеля
- Более высокие затраты при больших объемах производства
- Более низкая скорость изготовления по сравнению с другими металлами, например, нержавеющими сталями
- Для достижения требуемой чистоты поверхности может потребоваться последующая обработка
- Свойства анизотропных материалов
- Требования к квалификации и сертификации в регулируемых отраслях
- Ограниченное количество квалифицированных марок сплавов Inconel для 3D-печати
Виды сплавов Inconel, используемых в 3D-печати
Для использования в процессах 3D-печати разработано несколько марок суперсплавов Inconel. Наиболее распространенными сплавами Inconel являются:
Сплав инконель | Основные характеристики |
---|---|
Инконель 718 | Отличная прочность и коррозионная стойкость до 700°C. Наиболее популярны для деталей аэрокосмической промышленности. |
Инконель 625 | Выдающаяся коррозионная стойкость, хорошая свариваемость и прочность до 980°C. Используется для химической обработки, в морских условиях. |
Инконель 825 | Хорошая стойкость к окислению и коррозии. Используется для деталей нефтегазового оборудования, электростанций. |
Инконель 939 | Высокопрочный никелевый сплав, устойчивый при температуре до 1095°C. Используется для изготовления деталей газотурбинных двигателей. |
Другие сплавы Inconel, перспективные для 3D-печати:
- Инконель X-750
- Инконель 909
- Inconel 939ER
Процессы 3D-печати для инконеля
Для печати суперсплавов Inconel используется несколько процессов аддитивного производства:
Процесс | Как это работает | Преимущества | Ограничения |
---|---|---|---|
Порошковое наплавление - лазер | Лазер избирательно плавит слои порошка | Хорошая точность, качество обработки поверхности | Относительно медленно |
Сплавление порошкового слоя - электронный пучок | Электронный луч расплавляет слои порошка | Более высокая скорость сборки по сравнению с лазерной | Требования к вакуумной камере |
Направленное энергетическое осаждение (DED) | Сфокусированный источник тепловой энергии расплавляет металлический порошок или проволочное сырье в процессе осаждения | Возможность ремонта и покрытия деталей путем добавления материала | Более грубая обработка поверхности, требуется последующая обработка |
Струйная обработка вяжущего | Жидкий связующий агент избирательно соединяет частицы порошка | Относительно быстро, недорого | Более низкая плотность и прочность, требуется инфильтрация |
Основные параметры процесса: Мощность лазера, скорость сканирования, расстояние между штрихами, толщина слоя, ориентация сборки, опорные конструкции, температура предварительного нагрева и этапы постобработки. Для получения требуемых свойств параметры процесса должны быть оптимизированы для каждого сплава Inconel.
Области применения 3D-печати из инконеля
Основные отрасли промышленности, использующие аддитивно изготовленные детали из инконеля, и области их применения:
Промышленность | Типовые применения |
---|---|
Аэрокосмическая промышленность | Лопатки турбин, рабочие колеса, футеровка камер сгорания, клапаны, корпуса, кронштейны |
Нефть и газ | Скважинный инструмент, арматура, устьевые элементы, трубопроводная арматура |
Производство электроэнергии | Теплообменники, лопатки турбин, корпуса, крепеж |
Автомобильная промышленность | Корпуса турбокомпрессоров, клапаны двигателя, компоненты системы выпуска отработавших газов |
Химическая обработка | Внутренние детали технологических емкостей, детали теплообменников, клапаны, насосы |
Медицина | Зубные имплантаты, протезы, хирургические инструменты |
Уникальные возможности 3D-печати позволяют изготавливать сложные детали из инконеля оптимальной формы и дизайна. При этом можно добиться облегчения компонентов.
Технические характеристики 3D-печатных деталей из инконеля
Важные параметры и характеристики, которые необходимо учитывать при 3D-печати деталей из инконеля:
Параметр | Типовой диапазон/значения |
---|---|
Точность размеров | ± 0,1-0,2% или ± 50 мкм |
Шероховатость поверхности (Ra) | В отпечатанном виде: 8-15 мкм <br> Постобработка: 1-4 мкм |
Пористость | 0,5-2% для лазерного ФОВ <br> 5-10% для струйного нанесения вяжущего перед инфильтрацией |
Толщина стенки | не менее 0,3-0,5 мм |
Механические свойства | Прочность в пределах 15% деформируемого материала <br> Удлинение 10-35% |
Рабочие температуры | До 700°C для Inconel 718 <br> Свыше 1000°C для Inconel 939 |
Критические принципы проектирования для 3D-печати из инконеля:
- Минимальная толщина стенки для самонесущих элементов
- При наклоне поверхностей под углом более 45 градусов могут потребоваться опоры
- Большие радиусы галтелей рекомендуются для сложных геометрических форм
Методы постобработки печатных деталей из инконеля
Общие этапы постобработки деталей из инконеля, напечатанных методом асинхронной печати:
- Снятие с монтажной плиты: Резка, электроэрозионная обработка проволокой
- Удаление опоры: Механическое удаление, термическое снятие напряжения, химическое растворение
- Снятие стресса: Термообработка ниже температуры растворения для снятия остаточных напряжений
- Обработка поверхности: Обработка, шлифование, полирование, обработка абразивным потоком, вибрационная обработка
- Горячее изостатическое прессование (ГИП): Применение тепла и изостатического давления для закрытия внутренних пустот и улучшения свойств материала
Послепечатная обработка имеет решающее значение для повышения качества и производительности конечной детали. Используемые методы зависят от требований приложения.
Принципы проектирования и рекомендации
Основные конструкторские рекомендации по оптимизации 3D-печатных деталей из инконеля:
- Минимизация нависающих элементов, требующих опор
- Ориентация деталей для уменьшения опорных конструкций
- Избегайте тонких выступающих элементов, склонных к деформации
- Использование больших внутренних радиусов для снятия напряжений
- Предусмотреть в конструкции тепловое расширение - коэффициент теплового расширения Inconel составляет 13 x 10-6 м/м°C
- Учет анизотропных свойств материала в зависимости от ориентации сборки
- Разработка соответствующих точек привязки, допусков, финишных обработок поверхностей для последующей обработки
- Моделирование сборки и тепловых напряжений с помощью CAE-средств перед печатью
Оптимизация топологии и перепроектирование деталей специально для 3D-печати позволяют получить максимальный эффект в виде снижения массы, улучшения характеристик и снижения стоимости.
Поставщики услуг по 3D-печати из инконеля
Многие сервисные бюро предлагают услуги по 3D-печати из сплава Inconel с использованием различных технологических процессов:
Компания | Процессы | Марки инконеля | Обслуживаемые отрасли |
---|---|---|---|
Materialise | Лазерная ПБФ, струйная обработка связующего | 718, 625, 800 | Аэрокосмическая, автомобильная, общепромышленная промышленность |
3D Systems | Лазерная ПБФ, DED | 718, 625, 939 | Нефтегазовая, аэрокосмическая, автомобильная промышленность |
GE Additive | Лазерная ПБФ, струйная обработка связующего | 718, 625, 800H, 939 | Аэрокосмическая промышленность, нефтегазовая отрасль, энергетика |
Voestalpine | Лазерная ПБФ, DED | 718, 625, 800H | Аэрокосмическая, нефтегазовая, автомобильная промышленность |
Hoganas | Струйная обработка вяжущего | 718, 625 | Аэрокосмическая, автомобильная, общепромышленная промышленность |
Многие OEM-производители принтеров также предлагают услуги по печати из инконеля, в том числе EOS, Velo3D, SLM Solutions, Renishaw и AddUp. Обычно предлагаются как лазерные процессы PBF, так и DED.
Анализ затрат на 3D-печать из инконеля
Процесс | Темп строительства | Размер детали | Время выполнения заказа | Стоимость одной детали |
---|---|---|---|---|
Лазерный ПБФ | 5-15 см3/час | 50 см3 | 1-2 недели | $250-$1000 |
DED | 25-100 см3/час | 500 см3 | 1 неделя | $100-$500 |
Струйная обработка вяжущего | 20-50 см3/час | 1000 см3 | 1 неделя | $50-$200 |
Стоимость зависит от:
- Размер деталей, сложность геометрии, объемы производства
- Стоимость материалов - порошок из инконеля дорогой
- Трудозатраты на проектирование, постобработку
- Требования к квалификации и сертификации
Для создания прототипов и небольших объемов производства 3D-печать Inconel очень экономична по сравнению с механической обработкой или литьем. DED является наиболее экономичным процессом.
Как выбрать поставщика для 3D-печати из инконеля
Основные соображения при выборе поставщика услуг по 3D-печати из инконеля:
- Опыт работы: Количество лет работы со сплавами Inconel, обслуживаемые отрасли, примеры из практики
- Технические возможности: Предлагаемые технологические процессы, печатаемые марки Inconel, ограничения по размерам деталей, вторичные операции
- Сертификаты качества: Наличие сертификатов ISO 9001, AS9100, Nadcap подтверждает качество управления
- Валидация деталей: Проведение испытаний материалов, валидация процесса, проверка качества
- Постобработка: Снятие напряжений, горячее изостатическое прессование, механическая обработка, финишная обработка
- Сроки изготовления: Способность быстро поставлять детали имеет важное значение
- Клиентская поддержка: Руководство по проектированию для AM, оптимизация топологии, мониторинг печати, контроль деталей
- Стоимость: Стоимость печати и материалов, расценки на работы, скидки за объем, сертификаты
Свяжитесь с несколькими поставщиками, сравните их возможности, запросите тестовые образцы для проверки поставщиков перед началом полномасштабного производства с использованием 3D-печати из инконеля.
Плюсы и минусы 3D-печати из инконеля
Преимущества | Недостатки |
---|---|
Сложные геометрические формы, невозможные при использовании других процессов | Относительно высокая стоимость материалов для порошка Inconel |
Облегчение и оптимизация конструкций | Более низкая точность размеров и более высокая шероховатость поверхности по сравнению с механической обработкой |
Консолидация деталей и сокращение количества узлов | Ограниченное количество квалифицированных марок Inconel |
Сокращение сроков изготовления и затрат при малосерийном производстве | Для достижения требуемых свойств материала часто требуется постобработка |
Минимальные отходы материалов | Свойства анизотропных материалов |
Производство по требованию, без минимальных объемов заказа | Требования к квалификации и сертификации в регулируемых отраслях |
Простота модификации и итерации проектов | Термические напряжения могут привести к деформации деталей |
Роль 3D-печати из инконеля в производстве
Ключевые роли, которые выполняет 3D-печать из инконеля в производстве:
- Производство прототипов: Быстрое и недорогое изготовление прототипов компонентов из инконеля для проверки конструкции
- Мостовая оснастка: Быстрое изготовление пресс-форм, приспособлений, оснастки при переходе от прототипирования к полномасштабному производству
- Консолидация частей: Перепроектирование узлов и консолидация деталей для снижения массы и стоимости
- Массовая кастомизация: Обеспечение индивидуального изготовления деталей из инконеля в соответствии с требованиями заказчика
- Запасные части: Производство запасных частей по требованию, а не серийное производство и складирование
- Гибкость цепочки поставок: Позволяет легко перемещать производство между локациями и смягчает перебои в цепочке поставок
- Короткие пробеги: Экономичное производство небольших партий деталей из инконеля, необходимых в небольших объемах
Уникальные возможности аддитивного производства делают его ценным дополнением к традиционным технологическим процессам для изготовления сложных деталей из инконеля.
Будущее 3D-печати из инконеля
В ближайшие годы ожидается значительный рост объемов 3D-печати из инконеля, обусловленный:
- Разработка новых суперсплавов Inconel, оптимизированных для процессов AM
- Усовершенствованные принтеры с более высоким уровнем автоматизации и повторяемости
- Повышение скорости сборки и увеличение пропускной способности производства
- Расширенные возможности по размерам деталей
- Гибридное производство, сочетающее AM и субтрактивные процессы
- Программные усовершенствования, позволяющие оптимизировать несущие конструкции
- Расширение применения в таких высокорегулируемых отраслях, как аэрокосмическая и медицинская промышленность
- Применение в таких новых областях, как изготовление оснастки, пресс-форм, заготовок и приспособлений
- Использование АМ для ремонта деталей и послепродажного обслуживания
По мере дальнейшего развития этой технологии 3D-печать из инконеля станет основной во многих отраслях промышленности благодаря ее способности производить высокопроизводительные металлические детали по требованию.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Вопрос: Какие различные типы сплавов Inconel используются в 3D-печати?
О: Наиболее распространенными сплавами Inconel, используемыми в 3D-печати, являются Inconel 718, 625, 800 и 939. Каждый из них обладает определенными температурными, коррозионными и окислительными свойствами, подходящими для различных применений.
Вопрос: Как соотносятся механические свойства 3D-печатных деталей из инконеля с деформируемыми деталями из инконеля?
О: При использовании оптимизированных технологических параметров 3D-печатные детали из инконеля имеют предел прочности при растяжении в пределах 15% от деформируемого материала. Однако пластичность по показателю удлинения при разрыве у деталей из AM-инконеля ниже - в диапазоне 10-35% против 40-50% у деформируемого материала.
Вопрос: Какие методы постобработки используются для 3D-печати деталей из инконеля?
О: Обычные этапы последующей обработки включают удаление опор, термообработку для снятия напряжений, горячее изостатическое прессование (HIP), механическую обработку, шлифование, полирование и другие финишные процессы. Это позволяет улучшить качество обработки поверхности, точность размеров и свойства материала.
Вопрос: Требует ли 3D-печать из инконеля какого-либо специального оборудования или инфраструктуры?
О: Для печати сплавов Inconel требуются специализированные принтеры для порошкового наплавления или направленного энергетического осаждения, оснащенные камерами с инертным газом, мощными лазерами или электронными пучками, а также вакуумными системами. Работа с мелкодисперсным порошком инконеля также требует специальных мер предосторожности и процедур.
Вопрос: Каковы примеры отраслей, в которых используется 3D-печать из Inconel?
О: К основным отраслям, где используется 3D-печать из инконеля, относятся аэрокосмическая, нефтегазовая, энергетическая, химическая, автомобильная и медицинская. Из инконеля обычно печатают такие детали, как лопатки турбин, компоненты теплообменников, клапаны и протезы.
Вопрос: Возможна ли 3D-печать крупных деталей из инконеля?
О: Несмотря на то, что размерные возможности расширяются, большинство 3D-печатных деталей из инконеля в настоящее время имеют объем менее 1 кубического фута. Для изготовления очень больших деталей используется технология направленного энергетического осаждения (DED), которая обеспечивает большую гибкость в размерах, чем процессы порошкового наплавления. Гибридное производство, сочетающее AM и субтрактивные процессы, также позволяет создавать детали из инконеля больших размеров.
Вопрос: Требует ли 3D-печать из инконеля каких-либо особых конструктивных решений?
О: Основные принципы проектирования включают минимизацию выступов, учет тепловых напряжений, использование соответствующих допусков и обработки поверхностей, а также оптимальную ориентацию деталей для уменьшения опор. Оптимизация топологии и перепроектирование под АМ позволяют добиться максимальных преимуществ.
Вопрос: Каковы основные преимущества 3D-печати из инконеля?
О: Основными преимуществами 3D-печати Inconel являются возможность получения сложных геометрических форм, невозможных при литье или ковке, сокращение времени и затрат на изготовление небольших партий продукции, оптимизация легких конструкций, консолидация деталей и возможность изготовления по требованию.
Вопрос: Какова стоимость 3D-печати из инконеля по сравнению с другими металлическими AM-процессами?
О: Порошки инконеля дороже, чем порошки других металлов, таких как нержавеющая сталь и титан. В сочетании со сложными параметрами печати это делает 3D-печать из инконеля более дорогостоящей в расчете на одну деталь по сравнению с печатью сталей или титановых сплавов.
Поделиться
Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
Электронная почта
MET3DP Technology Co., LTD - ведущий поставщик решений для аддитивного производства со штаб-квартирой в Циндао, Китай. Наша компания специализируется на производстве оборудования для 3D-печати и высокопроизводительных металлических порошков для промышленного применения.
Сделайте запрос, чтобы получить лучшую цену и индивидуальное решение для вашего бизнеса!
Похожие статьи
Сферический порошок железо-никелевого сплава Invar 36: непревзойденная стабильность в экстремальных условиях
Читать далее "
Ноябрь 23, 2024
Комментариев нет
Сферический порошок дисилицида молибдена: надежное решение для экстремальных температурных условий
Читать далее "
Ноябрь 23, 2024
Комментариев нет
О компании Met3DP
Воспроизвести видео
Последние обновления
Наш продукт
CONTACT US
Есть вопросы? Отправьте нам сообщение прямо сейчас! После получения Вашего сообщения мы всей командой выполним Ваш запрос.
Получите информацию о Metal3DP
Брошюра о продукции
Получить последние продукты и прайс-лист
Металлические порошки для 3D-печати и аддитивного производства
КОМПАНИЯ
ПРОДУКТ
ИНФОРМАЦИЯ О КОНТАКТЕ
- Город Циндао, Шаньдун, Китай
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731