Введение в 3D-печать Inconel

Инконель - это никель-хромовый суперсплав, который может быть изготовлен методом 3D-печати с использованием различных технологий аддитивного производства металлов. В данном руководстве представлен подробный обзор 3D-печати из инконеля, включая применимые технологии, свойства материалов, области применения, рекомендации и многое другое.

Введение в 3D-печать из инконеля

Инконель относится к семейству суперсплавов на никель-хромовой основе, обладающих высокой прочностью, коррозионной стойкостью и жаропрочностью. Основные свойства, позволяющие использовать инконель для 3D-печати, включают:

• Высокая температурная прочность и сопротивление ползучести
• Стойкость к окислению и коррозии
• Хорошие механические свойства
• Свариваемость и обрабатываемость
• Поставляется в виде порошка для процессов металлического AM

Разновидности сплавов Inconel, такие как Inconel 718 и 625, широко используются в аэрокосмических двигателях, газовых турбинах, ядерных реакторах и других ответственных областях. Аддитивное производство позволяет создавать сложные, оптимизированные детали из инконеля для улучшения эксплуатационных характеристик.

В данном руководстве рассматриваются марки инконеля для AM, применяемые процессы, параметры, свойства, области применения, последующая обработка, стоимость и сравнительный анализ.

Марки сплавов инконеля для 3D-печати

К основным суперсплавам Inconel, которые могут быть подвергнуты 3D-печати, относятся:

Марки инконеля для AM

• Инконель 718 - наиболее распространенная марка для 3D-печати благодаря оптимальной прочности и стоимости.
• Инконель 625 обладает наилучшей коррозионной стойкостью и подходит для применения в морских условиях.
• Инконель Х-750 выдерживает экстремальные температуры до 700°С.
• Градации оптимизированы для конкретных условий эксплуатации и требований.
• Возможно также создание и 3D-печать индивидуальных сплавов Inconel.

Процессы 3D-печати для инконеля

Печать на инконеле может осуществляться как методом порошкового наплавления, так и методом направленного энергетического осаждения:

Процессы 3D-печати из инконеля

• Для печати по инконелю наиболее распространены процессы с порошковым слоем, такие как DMLS и EBM.
• Методы DED, такие как LENS, используются для ремонта и крупных деталей, имеющих форму, близкую к сетке.
• Параметры процесса должны быть оптимизированы для каждого конкретного сплава Inconel.
• Рекомендуется последующая обработка, например, термообработка для снятия напряжения.

Свойства 3D-печать из инконеля

3D-печатный инконель обладает следующими свойствами:

Свойства инконеля для 3D-печати

• Механические свойства равны или превосходят свойства традиционно выпускаемого инконеля.
• Направленно затвердевшие микроструктуры приводят к анизотропным свойствам.
• Постобработка типа HIP повышает плотность, пластичность и изотропию.
• Свойства существенно зависят от параметров процесса 3D-печати.

Области применения 3D-печати из инконеля

К основным отраслям промышленности, использующим аддитивно изготовленные детали из инконеля, относятся:

Области применения трехмерной печати из инконеля

• Аэрокосмическая отрасль является крупнейшим потребителем критических для полетов компонентов из сверхпрочных сплавов.
• Нефтегазовая промышленность использует высокотемпературную прочность для скважинного оборудования.
• В атомной промышленности он используется для обеспечения стойкости к радиоактивной коррозии.
• В автомобильных спортивных приложениях используются преимущества легкой оптимизированной геометрии.
• В медицине используется биологическая совместимость имплантатов и инструментов.

Преимущества 3D-печати инконеля по сравнению с традиционным производством

Основные преимущества 3D-печати Inconel по сравнению с традиционными методами:

3D-печать в сравнении с литьем/обработкой

• Возможность получения сложных, органических геометрических форм, недоступных в других случаях
• Способность оптимизировать и комбинировать детали для увеличения массы и производительности
• Сокращение времени и затрат при мелкосерийном производстве
• Устранение ограничений на оснастку/приспособления, характерных для субтрактивных методов
• Позволяет проводить функциональные градации и оптимизацию топологии
• Сокращение отходов материалов с помощью оптимизированных конструкций
• Производство "точно в срок", по требованию, в непосредственной близости от места использования

Анализ затрат на 3D-печать из инконеля

Стоимость 3D-печати из инконеля зависит от:

Факторы, определяющие затраты

• Приобретение АМ-машины, эксплуатационные расходы
• Стоимость порошкового материала из инконеля (~$100-200/кг)
• Трудозатраты на дизайн, печать, постпечатную обработку
• Объем производства
• Размер деталей и сложность геометрии
• Требования к постобработке

Типовой диапазон стоимости деталей

• $50 - $500 за кг печатных деталей
• Мелкие детали ~ $100 - $5000
• Стоимость более крупных сложных аэрокосмических компонентов может составлять $15 000+

Проблемы 3D-печать из инконеля

К числу проблем, возникающих при использовании Inconel AM, относятся:

• Высокая стоимость материалов для порошка Inconel
• Контроль остаточных напряжений
• Требования к горячему изостатическому прессованию (HIP)
• Высокая шероховатость поверхности, требующая интенсивной обработки
• Ограниченное число способных поставщиков АМ-оборудования
• Оптимизация параметров процесса для каждой марки сплава
• Обеспечение повторяемости и стандартов качества

Дальнейшее развитие технологии AM продолжает улучшать возможности печати, качество обработки поверхности, свойства материалов и снижать стоимость печати Inconel.

Сравнение инконеля с другими материалами для 3D-печати

Инконель в сравнении с другими материалами для AM

• Инконель обеспечивает наилучшее сочетание высокой прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости.
• Они дороже нержавеющих сталей, но могут работать при гораздо более высоких температурах.
• Титан имеет лучшее соотношение прочности и веса, но более низкий предел эксплуатации.
• Выбор зависит от конкретных требований к применению.

Основные выводы по 3D-печати из инконеля

• Никель-хромовые суперсплавы Inconel обеспечивают высокую прочность и термостойкость.
• Широко используются такие марки, как Inconel 718, 625, X-750, которые могут быть подвергнуты 3D-печати.
• Основными процессами являются порошковое наплавление, например, DMLS/SLM и DED-методы.

-найти - выгодно отличается от традиционно производимого инконеля и часто превосходит его.

• Основными областями применения являются аэрокосмические двигатели и ядерные реакторы.
• Стоимость печати составляет от $50-500 за кг, в зависимости от таких факторов, как размер.
• Нововведения направлены на облегчение печати, улучшение качества отделки и более широкое внедрение.

Вопросы и ответы

Вопрос: Для чего используется инконель в 3D-печати?

О: Инконель используется для 3D-печати высокопроизводительных компонентов, требующих термостойкости, для аэрокосмических двигателей, газовых турбин, ядерных реакторов и других применений.

Вопрос: Какой процесс 3D-печати лучше всего подходит для Inconel?

Ответ: Для печати сплавов Inconel наиболее распространены методы порошкового наплавления, такие как DMLS и SLM. Однако DED-процессы, такие как LENS, имеют преимущества при печати больших форм, близких к сетке.

Вопрос: Требуется ли 3D-печати из инконеля постобработка?

О: Да, для снятия внутренних напряжений и улучшения изотропии и свойств материала рекомендуется проводить последующую обработку, например, горячее изостатическое прессование (ГИП).

Вопрос: Является ли 3D-печатный инконель таким же прочным, как и кованый инконель?

О: Да, аддитивное производство позволяет получать детали из инконеля с механическими свойствами, соответствующими или превосходящими свойства традиционно изготавливаемого деформируемого инконеля.

Вопрос: В чем заключаются некоторые различия между Inconel 718 и 625?

О: Инконель 718 обладает лучшими общими механическими свойствами, в то время как инконель 625 обеспечивает превосходную коррозионную стойкость, особенно в морской среде.

Вопрос: Сложно ли осуществлять 3D-печать из инконеля?

О: Печать на инконеле может быть более сложной по сравнению с такими металлами, как алюминий или титан. Требуется тщательная оптимизация параметров принтера для контроля остаточных напряжений и трещин.

Вопрос: Какая точность может быть достигнута при 3D-печати из инконеля?

Ответ: Точность размеров деталей из инконеля AM в зависимости от применяемого технологического процесса может составлять около ±0,1-0,2%. При необходимости точность может быть дополнительно повышена механической обработкой.

Вопрос: Является ли печатный инконель таким же прочным, как и горячий инконель?

О: Да, процессы порошкового наплавления позволяют получать тонкие микроструктуры в инконеле, что приводит к прочности, сравнимой или превышающей прочность деталей, полученных горячей обработкой.

Вопрос: Какую шероховатость поверхности можно ожидать при изготовлении деталей Inconel AM?

О: Шероховатость поверхности после печати обычно составляет 10-25 мкм Ra. Для получения более тонкой поверхности часто требуется дополнительная обработка и полировка.

узнать больше о процессах 3D-печати