Порошки титана am для аддитивного производства

Обладая исключительным соотношением прочности и веса, коррозионной стойкостью и биосовместимостью, титан является высоко ценимым материалом для аддитивного производства в аэрокосмической, медицинской, автомобильной и промышленной отраслях. В данном обзоре рассматриваются различные порошки титана am, их соответствующие свойства, способы последующей обработки, ведущие мировые поставщики и примеры использования в разных отраслях.

Обзор титановые порошки

Ключевые свойства титана делают его идеальным материалом для процессов AM с порошковым напылением и направленным энергетическим осаждением:

• Высокая прочность - часто превышает прочность отожженного титана, конкурируя с Ti-6Al-4V
• Низкая плотность - высокое соотношение прочности и веса, уменьшение веса печатной детали
• Коррозионная стойкость - защитный оксидный экран на поверхности
• Биосовместимость - подходит для медицинских устройств и имплантатов
• Возможность легирования - изменение свойств, таких как прочность и твердость
• Экономическая эффективность - меньше отходов материала по сравнению с обработкой из блоков
• Коэффициент покупки и полета превышает 90%+ - оптимизированная конструкция экономит вес и материалы

В сочетании со свободой проектирования, которую обеспечивает AM, титан открывает новые возможности применения.

Варианты порошков титанового сплава для AM

Популярные титановые сплавы, используемые сегодня, включают коммерчески чистые сорта, альфа- и альфа-бета-сплавы и новые запатентованные сорта, такие как Titanium 6242.

Распространенные составы титановых сплавов

Сплав	Al%	V%	Fe%	O%	Другое
CP Ti Grade 1	–	–	≤ 0.20	≤ 0.18	–
CP Ti Grade 2	–	–	≤ 0.30	≤ 0.25	–
Ti-6Al-4V	5.5-6.5	3.5-4.5	≤ 0.25	≤ 0.13	–
Ti 6242	5.8-6.8	–	≤ 0.30	≤ 0.20	Mo, Zr

Следы кислорода, азота и углерода строго ограничены для обеспечения оптимальной AM-обработки и механических свойств.

Технические характеристики титановые порошки

Сферический титановый порошок высокой чистоты с контролируемым распределением частиц по размерам необходим для изготовления плотных AM-компонентов без дефектов.

Распределение частиц титанового порошка по размерам

Измерение	Спецификация
Диапазон размеров	15 - 45 мкм
Средний размер частиц	25-35 мкм
Форма частиц	Преимущественно сферические

Сферичность способствует распределению порошка. Контролируемое распределение предотвращает проблемы сегрегации при нанесении и повторном использовании.

Процедуры постобработки титановых деталей AM

Обычные варианты последующей обработки аддитивно изготовленных титановых компонентов включают:

Методы постобработки

Снятие стресса

Низкотемпературное старение устраняет остаточные напряжения, возникающие в процессе сборки, предотвращая возможное коробление и растрескивание.

Обработка поверхности

Улучшает качество обработки поверхности для получения точных размеров, обрывает острые края или улучшает эстетический вид.

Горячее изостатическое прессование

Уплотняет любую внутреннюю пористость при одновременном воздействии повышенной температуры и изостатического давления. Требуется для динамических конечных применений.

Термообработка

Изменяет микроструктуру Ti-6Al-4V и других титановых сплавов для улучшения механических свойств, таких как пластичность и усталостная прочность.

Обработка

Обеспечивает высокую точность размеров и шероховатость поверхностей подшипников и уплотнений на деталях AM, имеющих близкую к сетке форму.

Технологии аддитивного производства титанового порошка

Современная металлическая 3D-печать использует микросварку тонкого титана для создания сложных компонентов. Два распространенных подхода включают:

Сравнение вариантов AM-процесса обработки титана

Метод	Описание	Преимущества	Ограничения
Порошковая кровать Fusion	Лазер или электронный луч плавит участки порошкового слоя выборочно в соответствии с цифровой моделью	Исключительные геометрические возможности и универсальность материалов, подходящих для конечного использования функциональных титановых компонентов	Более низкая скорость сборки по сравнению с DED; ограничения по размеру станины машины
Направленное энергетическое осаждение	Сфокусированный источник тепла расплавляет металлическую порошковую насадку	Возможность изготовления более крупных деталей; общая площадь сборки. Идеально подходит для ремонта и нанесения покрытий.	Более плохая обработка поверхности; более высокая пористость - требует тщательной последующей обработки

В настоящее время лазерные технологии получили широкое распространение для печати титановых сплавов высокой чистоты благодаря точности и характеристикам материала.

Применение титановые порошки

Благодаря таким преимуществам титанового материала, как высокие механические характеристики на единицу веса в сочетании со свободой проектирования AM, его применение включает в себя:

Отрасли промышленности, использующие титановые детали AM

Аэрокосмическая промышленность - кронштейны двигателей, детали беспилотников, компоненты спутников

Медицина и стоматология - имплантаты, протезы, хирургические инструменты

Автомобильная промышленность - Спортивное снаряжение, кронштейны на заказ

Нефть и газ - глубоководная оснастка, клапаны и насосы

Производство электроэнергии - легкие импеллеры, лопатки турбин

Новые инженерные сплавы, такие как Ti-6242, еще больше расширяют возможности титана в быстрорастущих отраслях.

Ведущие поставщики титановых печатных порошков

Основными производителями сферических титановых порошков для надежных процессов AM являются:

Производители титанового порошка

Компания	Общие оценки	Цена/кг
AP&C	Ti-6Al-4V, Ti-6242, класс 2, 23	$50 – $350
Группа компаний Linde	Ti-6Al-4V, класс 2, 23, 5	$200 – $600
Металлический порошок Вольфрама	Ti-6Al-4V, класс 5	$100 – $500
Sandvik	Ti-6Al-4V	$120 – $310

Цены существенно зависят от стандартов чистоты, параметров размера порошка, сертифицированной химии и объемов закупки.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какая марка титанового сплава лучше всего подходит для медицинских или стоматологических деталей AM?

Титан медицинского класса 5 со строгим химическим контролем рекомендуется для применения в биоинертных имплантатах, требующих оптимальной биосовместимости и высоких усталостных характеристик.

Почему низкое содержание кислорода имеет решающее значение для титановых порошков для печати?

Высокое содержание кислорода приводит к образованию избыточного количества оксидов титана, снижающих способность к плавлению, пластичность, усталостную прочность и механические характеристики. Кислород ограничивается до уровня 0,18-0,2%.

Какие титановые сплавы больше всего выигрывают от постобработки?

Выдающаяся двойная термическая обработка для Ti-6Al-4V повышает прочность на разрыв и одновременно улучшает пластичность. Титан класса 2 достигает наибольшего увеличения прочности при растяжении благодаря отжигу с последующим старением.

Требуется ли обработка поверхности для титановых AM-деталей?

В некоторых случаях требуется точность размеров, трибологические, эстетические или инактивационные требования, которые лучше всего решаются путем улучшения поверхности - включая прецизионную обработку с ЧПУ, шлифовку/полировку, электроэрозионную обработку, упрочнение, анодирование, плазменно-электролитическое оксидирование и т. д.

Как следует оценивать поставщиков для печати заказов на титановый порошок?

Ведущие критические характеристики, используемые производителями добавок и разработчиками для определения поставщиков титанового порошка, помимо разумной цены, включают: сферическую морфологию, строгий контроль распределения частиц по размерам, чрезвычайно низкое содержание газообразных примесей (особенно кислорода и азота), прослеживаемость партий через строгую систему управления качеством, оперативное техническое обслуживание, наличие образцов и сертификаты, подтверждающие стандартизированные протоколы испытаний, проводимые внутри компании.

узнать больше о процессах 3D-печати