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

Сплав	Состав	Основные свойства
Инконель 718	Ni, Cr, Fe, Nb, Mo	Прочность, вязкость, свариваемость
Инконель 625	Ni, Cr, Mo, Nb	Коррозионная стойкость, усталостная прочность
Инконель 939	Ni, Co, Cr, W, Nb, Ti	Горячая твердость, прочность при ползучести
Инконель X-750	Ni, Cr, Fe, Ti, Al	Стойкость к высокотемпературному окислению

• 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

Процесс	Методы	Описание
Порошковая кровать Fusion	DMLS, SLM, EBM	Порошковый слой избирательно расплавляется лазером или электронным лучом
Направленное энергетическое осаждение	LENS, металлоплазменное напыление, проволочно-дуговая АМ	Сфокусированный источник тепла плавит металлический порошок или проволоку.

• 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

Недвижимость	Типовые значения
Плотность	8,19 г/см3
Прочность на разрыв	1000-1300 МПа
Предел текучести	500-1100 МПа
Удлинение при разрыве	10-40%
Температура плавления	1350-1430°C
Теплопроводность	11-20 Вт/мК
Коррозионная стойкость	Отлично работает в различных условиях
Теплостойкость	Отличное качество при температуре до 700°C

• 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

Промышленность	Используется
Аэрокосмическая промышленность	Лопатки турбин, детали двигателей, сопла, камеры тяги
Нефть и газ	Арматура, устьевые компоненты, сосуды под давлением
Ядерный	Внутренние устройства реактора, теплообменники
Автомобильная промышленность	Колеса турбокомпрессоров, компоненты выхлопных систем
Химическая	Насосы, клапаны, реакционные сосуды
Медицина	Имплантаты, хирургические инструменты

• 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

Материал	Плюсы	Cons
Титановые сплавы	Низкая плотность, отличная прочность	Возможность работы при пониженных температурах
Нержавеющие стали	Стоимость, доступность	Более низкая прочность по сравнению с инконелем
Инструментальные стали	Твердость, износостойкость	Проблемы с трещинами
Кобальтовый хром	Биосовместимость	Ограниченная высокотемпературная прочность
Алюминиевые сплавы	Более низкая стоимость и плотность	Значительно меньшая прочность

• 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