Титановый порошок 3d-печати Приложения

Благодаря высокому соотношению прочности и веса, температурным характеристикам, коррозионной стойкости и долговечности титан является исключительным материалом для аддитивного производства в важнейших коммерческих и промышленных областях. В сочетании со сложными конструкторскими возможностями, обеспечиваемыми современными методами порошкового наплавления, титановый порошок 3d печать раскрывает новый потенциал.

В этом обзорном руководстве рассматриваются распространенные титановые сплавы, используемые для печати, соответствующие механические свойства, обработка после печати для дальнейшего улучшения характеристик, поставщики порошков для печати высокой чистоты, а также примеры практического использования по отраслям. Сравнительные таблицы подчеркивают относительные преимущества различных титановых материалов и методов печати.

Обзор титанового порошка для 3d-печати

По сравнению с традиционной субтрактивной обработкой, аддитивная печать с использованием мелкодисперсного металлического порошка титана обеспечивает:

• Сокращение отходов сырья - высокое соотношение покупки и полета по сравнению с 90%
• Малая масса компонентов - оптимизированное облегчение
• Свобода проектирования - сложность не ограничена доступом к инструменту
• Персонализация - настройка функций для конкретного объекта
• Упрощенные сборки - интегрированные компоненты
• Улучшение эксплуатационных характеристик - прочнее, чем литые и кованые изделия

Технологии лазерного наплавления порошка и направленного энергетического осаждения (DED) позволяют успешно изготавливать сложные титановые детали. Обеспечение качества на всех этапах процесса AM - начиная с высокочистого печатного порошка - позволяет получить надежные и стабильные компоненты с высокими эксплуатационными характеристиками.

Варианты титановых сплавов для 3D-печати

Наиболее распространенные варианты титановых материалов, используемых для аддитивных технологий, включают коммерчески чистые сорта и титан 6Al-4V (Ti64). Новые сплавы, такие как Ti6462, обеспечивают расширенные возможности.

Стандартная матрица титановых сплавов для печати

Микроэлементы, такие как Fe, C, N и O, находятся под строгим контролем, чтобы соответствовать строгим химическим требованиям для AM.

Технические характеристики титановый порошок 3d печать

Сферические порошки с контролируемым гранулометрическим составом, минимальной внутренней пористостью и строгим уровнем химической чистоты являются обязательным условием для высококачественной печати с использованием титана.

Стандарты содержания частиц в порошковом сырье

Стандарты ужесточают морфологические параметры, чтобы улучшить упаковку и распределение порошка во время циклов печати.

Методы постобработки титановых деталей AM

Общие методы постобработки, применяемые для улучшения характеристик материала напечатанных компонентов на основе титана:

Используемые первичные постлечебные средства

Снятие стресса

Низкотемпературное старение для снятия остаточных напряжений. Предотвращает возможное коробление или растрескивание.

Обработка поверхности

Улучшает точность размеров, ломает острые края или сглаживает внешний эстетический вид.

HIP (горячее изостатическое прессование)

Одновременное воздействие повышенной температуры и изостатического давления уплотняет внутренние пустоты/пористость, возникшие в результате AM-процессов.

Термообработка

Изменяет микроструктуру Ti-6Al-4V для оптимизации пластичности, вязкости разрушения и усталостной прочности.

Обработка

Обеспечивает чрезвычайно высокую точность размеров и качества поверхности, которые лучше всего достигаются при обработке деталей с ЧПУ, имеющих почти чистую форму.

Сравнение технологий 3D-печати металлов для титана

Современные технологии позволяют производить микросварку мелкого титанового порошка с помощью прецизионного лазерного плавления или электронных пучков в плотных инертных средах:

Матрица вариантов процесса титановой печати

Лазерные технологии, основанные на порошковом слое, получили преимущественное распространение при печати сложных титановых деталей благодаря точности размеров и чистоте материала.

Применение деталей AM из титанового металла

Благодаря гибким механическим свойствам, легкости, коррозионной и биологической стойкости титан прекрасно подходит для широкого диапазона температур:

Различные отрасли промышленности используют титановую 3D-печать

Аэрокосмическая промышленность - Кронштейны для двигателей, детали для беспилотников, спутниковое оборудование Автоспорт - Шатуны, впускные коллекторы, турбокомпрессоры Медицина и стоматология - Индивидуальные ортопедические имплантаты, протезы Нефть и газ - Трубопроводная арматура, глубоководные клапаны/насосы Производство электроэнергии - Облегченные импеллеры и лопатки турбин

Возможность производства сложных малосерийных компонентов с использованием передовой инженерной металлургии ускоряет внедрение титана. Партнерские отношения по всей цепочке поставок обеспечивают прослеживаемость материалов и повторяемость процессов.

Промышленные поставщики, предоставляющие титановый порошок 3d печать

Лидеры в производстве сферических титановых порошков высокой чистоты специально для процессов аддитивного производства:

Матрица производителей титановых порошков

Ассортимент на основе $/кг существенно зависит от чистоты, плотности распределения порошка по размерам, отбора проб, необходимых сертификатов и объемов закупок. Местная цепочка поставок помогает сократить время выполнения заказа.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какой порошок из титанового сплава считается оптимальным для медицинских приборов и имплантатов?

Благодаря отличной биосовместимости в сочетании с превосходными усталостными характеристиками при высоких циклах, титан медицинского класса 5 по ASTM F67 отвечает строгим требованиям химического контроля и идеально подходит для использования в устройствах, обращенных к пациенту, и имплантатах, несущих нагрузку.

Сколько раз можно повторно использовать сырье для титанового AM-порошка?

Порошки для титановой печати могут эффективно использоваться 5-10 раз до обновления, при условии, что строгие протоколы контроля допустимых уровней захвата кислорода при многократном термоциклировании поддерживаются ниже максимальных пороговых значений путем смешивания и просеивания.

Какой плотности следует ожидать для титановых деталей, выплавленных лазером без какой-либо последующей обработки?

Непосредственно после извлечения из системы порошкового слоя с оптимизированными параметрами обработки для готовых титановых компонентов следует ожидать почти полную плотность свыше 98%, что конкурирует и превосходит литые или кованые изделия, требующие обширных последующих операций для достижения аналогичных характеристик.

Какая техника постобработки больше всего повышает усталостную прочность?

Для крупных деталей из сплава Ti-6Al-4V, подвергающихся циклическим нагрузкам, горячее изостатическое прессование (HIP) обеспечивает увеличение срока службы до ~30% за счет минимизации внутренних пустот и остаточной пористости, обычно возникающих после процессов металлического AM из-за неизбежных локальных микроусадочных эффектов между частицами плавленого порошка.

Какие еще методы улучшения поверхности, помимо методов направленного энергетического осаждения, позволяют успешно модифицировать титановые AM-детали?

Технологии термического напыления, такие как плазменная дуга (PTA), высокоскоростное воздушное топливо (HVAF) и высокоскоростное кислородное топливо (HVOF), позволяют наносить толстые защитные внешние покрытия, включая керамику; холодное напыление порошков на поверхности обеспечивает утолщенные участки и защиту от износа; лазерная наплавка или лазерное осаждение металла накладывают дополнительные металлические сплавы, повышая коррозионную стойкость, трение и ударную прочность благодаря превосходному металлургическому соединению.

узнать больше о процессах 3D-печати