3D-utskrift av titanpulver
Innehållsförteckning
Översikt över 3d-utskrift titanpulver
Titan är en stark, lätt och korrosionsbeständig metall som är idealisk för 3D-utskrift av komplexa geometrier för flyg- och rymdindustrin, bilindustrin, medicinska och andra krävande applikationer. Titanpulver kan användas för att skriva ut metalldelar med full densitet och utmärkta mekaniska egenskaper med hjälp av pulverbäddsfusionstekniker som selektiv lasersmältning (SLM) och elektronstrålesmältning (EBM).
Den här artikeln ger en omfattande guide till 3d-utskrift av titanpulver som täcker sammansättning, egenskaper, specifikationer, applikationer, fördelar / nackdelar, leverantörer, kostnader och mer.
Sammansättning av 3d-utskrift titanpulver
Titanpulver för additiv tillverkning består nästan uteslutande av grundämnet titan. Det kan dock innehålla små mängder av andra grundämnen som aluminium, vanadin, järn, syre, kväve och kol.
Titankvaliteter för pulverbäddsfusion
| Betyg | Sammansättning |
|---|---|
| Ti 6Al-4V | 90% titan, 6% aluminium, 4% vanadin |
| Ti 6Al-4V ELI | Samma som Ti 6Al-4V men med lägre gränsvärden för interstitiellt syre, järn och kväve |
| Kommersiellt ren titan klass 1 | 99,2% Minimum Titan |
| Kommersiellt ren titan klass 2 | 99,5% Minimum Titan |
| Kommersiellt ren titan klass 3 | 99,8% Minimum Titan |
| Kommersiellt ren titan klass 4 | 99,9% Minimum Titan |
Ti 6Al-4V är den vanligaste typen som används inom additiv tillverkning idag tack vare sitt utmärkta förhållande mellan styrka och vikt, svetsbarhet och korrosionsbeständighet. ELI-varianten har förbättrad duktilitet och brottseghet.
Kommersiellt ren titan har lägre hållfasthet men bättre biokompatibilitet för medicinska implantat. Grad 5 titan med högre syrehalt används i allmänhet inte för pulverbäddsfusion.
Egenskaper för 3d-utskrift titanpulver Delar
3D-utskrivna titandelar kan uppnå egenskaper som liknar eller överträffar traditionellt tillverkad titan, med den extra fördelen att de kan utformas fritt.
Mekaniska egenskaper
| Fastighet | Ti 6Al-4V | Ti 6Al-4V ELI | CP Ti Grad 2 |
|---|---|---|---|
| Draghållfasthet | 930 - 1050 MPa | 860 - 965 MPa | 345 - 485 MPa |
| Utbyteshållfasthet | 825 - 890 MPa | 795 - 875 Mpa | ≥ 275 MPa |
| Töjning vid brott | 8 – 15% | ≥10% | 20% |
| Utmattningshållfasthet | ≥ 400 MPa | ≥ 550 MPa | 275 - 550 MPa |
| Brottseghet | 55 - 115 MPa√m | ≥ 100 MPa√m | N/A |
3D-printad titan har styvhet, hårdhet och slitstyrka som är jämförbara med traditionella titantillverkningsmetoder. Efterbearbetning som varm isostatisk pressning (HIP) kan ytterligare förbättra materialegenskaperna.
Fördelar
- Högt förhållande mellan styrka och vikt
- Korrosionsbeständighet
- Biokompatibilitet och osseointegration
- Designfrihet för topologioptimering
- Minskat avfall jämfört med subtraktiva metoder
- Konforma kylkanaler möjliggör prestandaförbättringar
Begränsningar
- Hög reaktivitet med syre gör hanteringen svår
- Tryckdefekter som porositet kan minska utmattningslivslängden
- Dyrt pulvermaterial och utmaningar med återvinning
- Efterbearbetning kan krävas för att uppnå materialspecifikationerna
Specifikationer för 3d-utskrift titanpulver
Titanpulver som används för additiv tillverkning måste uppfylla högt ställda krav på partikelstorleksfördelning, morfologi, kemi och andra egenskaper.
Storleksfördelning
| Parameter | Typiskt värde | Roll |
|---|---|---|
| Partikelstorleksintervall | 15 - 45 mikrometer | Bestämmer minsta funktionsupplösning, pulverspridbarhet |
| D10 | 20 mikrometer | Indikerar finare pulverfraktion |
| D50 | 30 mikrometer | Median partikelstorlek |
| D90 | 40 mikrometer | Indikerar större partiklar |
| Skenbar densitet | 2,7 g/cc | Packad densitet i pulverbädden, påverkar reproducerbarheten |
Pulvret ska ha en nära sfärisk morfologi med få satelliter för smidig spridning av pulvret. Kemin måste överensstämma med kvalitetsspecifikationerna med låga föroreningsnivåer.
Andra kritiska attribut
- Flytbarhet
- Resterande syre- och kvävehalt
- Konsistens mellan skenbar och tappad densitet
- Återvinningsbarhet
- Kemisk kompatibilitet med processen
- Hanteringsegenskaper
Att uppfylla stränga kvalitetskrav för varje parameter är avgörande för felfria byggnationer.
Tillämpningar av 3d-utskrift titanpulver
| Industri | Tillämpning | Fördelar med 3D-utskrift av titan |
|---|---|---|
| Aerospace & Aviation | - Flygplanskomponenter (vingdelar, komponenter till landningsställ) - Delar till raketmotorer - Satellitstrukturer | – Lättvikt: Minskad vikt innebär ökad bränsleeffektivitet och längre räckvidd. - Högt förhållande mellan styrka och vikt: Delar i titan kan vara starka men ändå lätta, vilket är avgörande för flygplanets prestanda. - Designfrihet: Komplexa, interna strukturer kan skrivas ut för optimerad prestanda och viktfördelning. |
| Medicin & tandvård | - Implantat (höft- och knäproteser, tandimplantat, kraniala implantat) - Kirurgiska instrument - Specialanpassade proteser | – Biokompatibilitet: Titan tolereras väl av människokroppen, vilket minimerar risken för avstötning. - Anpassning: 3D-printing möjliggör patientspecifika implantat som passar perfekt till patientens anatomi för bättre passform och funktion. - Porösa strukturer: Implantat kan skrivas ut med en porös struktur som uppmuntrar beninväxt för bättre långsiktig stabilitet. |
| Fordon | - Högpresterande motorkomponenter (vevstakar, kolvar) - Lättviktsdelar till bilar - Racingkomponenter | – Styrka och hållbarhet: Titan tål höga temperaturer och tryck som är vanliga i motorer. - Viktminskning: Lättare delar bidrar till förbättrad bränsleekonomi och köregenskaper. - Komplexa geometrier: 3D-printning möjliggör intrikata interna kanaler för kylning eller oljeflöde. |
| Konsumentvaror & sport | - Avancerade cykelramar - Sportproteser - Smycken och glasögon | – Unik design och kundanpassning: 3D-printing möjliggör personliga konstruktioner och funktioner. - Styrka och lättvikt: Idealisk för applikationer som kräver både hållbarhet och minimal vikt. - Biokompatibilitet: Lämplig för proteser och vissa smyckestillämpningar som kommer i kontakt med huden. |
| Olja & Gas | - Verktyg & utrustning för borrhål - Korrosionsbeständiga rör & ventiler | – Motståndskraft mot korrosion: Titan är utmärkt i tuffa miljöer där det utsätts för kemikalier och saltvatten. - Hög hållfasthet: Tål det höga tryck och den stress som uppstår vid olje- och gasutvinning. - Viktminskning: Lättare verktyg kan vara lättare att manövrera i djupa borrhål. |
| Forskning och utveckling | - Prototyptillverkning av komplexa delar - Testning av nya konstruktioner och material | – Snabb iteration: 3D-printing gör det möjligt att snabbt skapa och testa nya konstruktioner. - Designfrihet: Komplexa geometrier kan skrivas ut för forskningsändamål. - Utforskning av material: Möjliggör utskrift med olika titanlegeringar eller kompositer för utvärdering av egenskaper. |
Leverantörer av titanpulver för 3d-utskrift
De flesta leverantörer av titanpulver erbjuder Ti 6Al-4V som är skräddarsydd för additiv tillverkning. Vissa erbjuder också tjänster för design av anpassade legeringar.
Större företag inom titanpulver
| Företag | Erbjudna årskurser | Tjänster |
|---|---|---|
| AP&C | Ti 6Al-4V, Ti 6Al-4V ELI | Utveckling av kundanpassade legeringar |
| Tekna | Ti 6Al-4V, Ti 6Al-4V ELI | Avancerad sfäroidisering av plasma |
| Snickare Tillsats | Ti 6Al-4V, Ti 6Al-4V ELI | Omfattande QA-testning |
| Praxair | Ti 6Al-4V | Atomisering av kväve |
| Epoke | Kommersiellt ren titan | Beställningar av små kvantiteter |
Många OEM-tillverkare av 3D-skrivare som EOS och SLM Solutions erbjuder också tillhörande titanpulver. Återvunnet pulver är billigare men har högre föroreningsnivåer.
Kostnad för titanpulver
| Betyg | Morfologi | Prisintervall |
|---|---|---|
| Ti 6Al-4V | Sfärisk | $350-$1000 per kg |
| Ti 6Al-4V ELI | Sfärisk | $500-$2000 per kg |
| CP Ti klass 1-4 | Oregelbunden | $100-$500 per kg |
Kostnaden beror i hög grad på ordervolym, kvalitet, leverantörsmarginaler och återvinning.
För- och nackdelar med 3d-utskrift titanpulver
| Funktion | Proffs | Nackdelar |
|---|---|---|
| Materialegenskaper | * Högt förhållande mellan styrka och vikt: Titan har exceptionell styrka samtidigt som det är lätt, idealiskt för applikationer som kräver viktminskning inom flyg- och fordonsindustrin. * Motståndskraft mot korrosion: Titans naturliga motståndskraft mot korrosion gör den perfekt för komponenter som utsätts för tuffa miljöer som marina eller kemiska miljöer. * Biokompatibilitet: Titans biokompatibilitet gör det möjligt att använda det på ett säkert sätt i medicinska implantat och främjar osseointegration (fusion med ben) för långsiktig funktionalitet. | * Begränsat materialval: Jämfört med traditionell tillverkning med ett bredare utbud av material är 3D-utskrift med titanpulver för närvarande begränsad till ett specifikt utbud av titanlegeringar. |
| Design och produktion | * Designfrihet: 3D-printing gör det möjligt att skapa komplexa geometrier som tidigare varit omöjliga med traditionella subtraktiva tillverkningsmetoder. Detta möjliggör intrikata konstruktioner som optimerar prestanda och minskar vikten. * Snabb prototypframtagning: Möjligheten att snabbt skriva ut prototyper från digitala modeller möjliggör snabbare designiterationer och produktutvecklingscykler. * Minskat materialavfall: Till skillnad från subtraktiv tillverkning som genererar mycket skrot, använder 3D-printing med titanpulver endast det material som behövs för konstruktionen, vilket minimerar avfall och produktionskostnader. | * Hög initial investering: Kostnaden för 3D-skrivare som är särskilt utformade för titanpulver kan vara betydande, vilket gör det till en investering som främst är lämplig för applikationer med högt värde eller stora produktionsanläggningar. * Krav på efterbearbetning: 3D-utskrivna titandelar kräver ofta ytterligare efterbehandlingssteg som värmebehandling, borttagning av stöd och ytbehandling för att uppnå önskade mekaniska egenskaper och estetik. |
| Tillämpningar | * Aerospace: Möjligheten att skapa lätta, höghållfasta komponenter för flygplansstrukturer, flygplansskrov och motordelar gör 3D-utskrift av titan till ett värdefullt verktyg inom flygindustrin. * Medicinsk: Biokompatibla titanimplantat som proteser, tandimplantat och kraniala implantat drar nytta av 3D-printingens förmåga att skapa skräddarsydda delar för patientspecifika behov. * Motorsport: Viktminskning är avgörande inom motorsport. 3D-printade titankomponenter som kolvar, vevstakar och upphängningsdelar bidrar till förbättrad prestanda och hantering. | * Begränsad tillgänglighet och expertis: Den specialutrustning och expertis som krävs för 3D-utskrift av titanpulver kan begränsa dess utbredda användning, särskilt för mindre tillverkare eller applikationer med lägre produktionsvolymer. * Säkerhetsfrågor: Hanteringen av titanpulver kan innebära hälsorisker på grund av dess brandfarlighet och potential för andningsproblem. Korrekta säkerhetsprotokoll och utrustning är avgörande för en säker arbetsmiljö. |
Jämförelse av tryckprocesser för titan
| Process | Teknik | Material Råvara | Byggnadens omslutande yta (in³) | Fördelar | Nackdelar | Tillämpningar |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Smältning med elektronstråle (EBM) | En kraftfull elektronstråle smälter titanpulver lager för lager i en vakuumkammare. | Titanpulver | Upp till 50 x 50 x 50 | - Utmärkt ytfinish och måttnoggrannhet - Starka, nästan nätformade detaljer med högt hållfasthet/vikt-förhållande - Minimal restspänning | - Hög kostnad för utrustning och drift - Begränsat byggutrymme jämfört med andra metoder - Grov ytstruktur på ytor som inte är stödytor | - Komponenter för flyg- och rymdindustrin (turbinblad, landningsställ) - Medicinska implantat (höftledshål, tandimplantat) |
| Laserstrålesmältning (LBM) | En högeffektiv laserstråle smälter titanpulver lager för lager i en miljö med inert gas. | Titanpulver | Upp till 120 x 120 x 120 | - Hög precision och upplösning - Brett utbud av kompatibla titanlegeringar - Goda mekaniska egenskaper | - Kräver en sluten kammare med inert gas - Högre lasereffektförbrukning jämfört med EBM | - Medicinska och dentala implantat - Fordonsdelar (lättviktskomponenter) - Flyg- och rymdkomponenter (strukturdelar) |
| Deposition med riktad energi (DED) | En fokuserad energikälla (laser- eller elektronstråle) smälter titantråd eller titanpulver och lägger det lager för lager på ett substrat. | Titan tråd eller pulver | Upp till 1000 x 1000 x 1000 | - Stor byggyta för utskrift av storskaliga detaljer - Snabbare utskriftshastigheter jämfört med pulverbäddsfusion - Kan användas för reparations- och beklädnadsapplikationer | - Lägre upplösning och ytfinhet jämfört med LBM/EBM - Högre risk för skevhet och distorsion - Begränsat stöd för komplexa geometrier | - Storskaliga strukturella komponenter (broar, tryckkärl) - Reparation av befintliga delar - Funktionella prototyper |
| Binder Jetting (BJ) | Ett jethuvud för flytande bindemedel applicerar selektivt ett bindemedel på en bädd av titanpulver, vilket skapar en solid grön detalj. Delen avbombas och sintras sedan. | Titanpulver och flytande bindemedel | Upp till 700 x 500 x 500 | - Lägre kostnad per detalj jämfört med andra metoder - Lämplig för utskrift av komplexa geometrier med interna kanaler - Brett utbud av material (inte begränsat till titan) | - Relativt svaga delar efter avbindning, vilket kräver sintring - Lägre mekaniska egenskaper jämfört med fusionsmetoder - Efterbearbetningssteg kan vara tidskrävande | - Icke-kritiska fordonskomponenter (inredningsdetaljer) - Medicinska prototyper - Funktionella delar med låg belastning |
Standarder för titanpulver och tryckta delar
| Aspekt | Standardiseringsorganisationer | Viktiga överväganden | Typiska standarder |
|---|---|---|---|
| Pulverråvara | ASTM International (ASTM), ISO | - Kemisk sammansättning - Partikelstorlek och -fördelning - Flödesförmåga - Pulvermorfologi | - ASTM B348: Standardspecifikation för band, plåt och plattor av titan och titanlegeringar - ASTM F3056: Standardspecifikation för titanpulver för additiv tillverkning (AM) - ISO 5832-2: Aerospace-serien - Metalliska material - Stänger, band och plåtar av titanlegeringar - Del 2: Tekniska specifikationer - UNS R56400 (Ti-6Al-4V) |
| Mekaniska egenskaper | ASTM International (ASTM) | - Draghållfasthet - Sträckgräns - Förlängning - Utmattningshållfasthet - Hårdhet | - ASTM F136: Standardspecifikation för plåt för strukturella tillämpningar - ASTM F3001: Standardspecifikation för pulver för additiv tillverkning (AM) för laserstrålesmältning - ASTM F3302: Standardspecifikation för förtätning av titan- och titanlegeringspulver genom smältning av laserstrålar (LBM) |
| Mikrostruktur och porositet | ASTM International (ASTM) | - Kornstorlek - Porositetsnivå och -fördelning - Ytjämnhet | - ASTM E112: Standardtestmetoder för bestämning av den genomsnittliga kornstorleken för metalliska material - ASTM B924: Standardtestmetoder för undersökning och klassificering av oxidmissfärgning i titan - ASTM F2904: Standardpraxis för mikrostrukturell karakterisering av additivt tillverkade metallegeringar |
| Formgivning av detaljer för additiv tillverkning (AM) | ASTM International (ASTM), Wohlers-rapporten | - Minsta väggtjocklek - Konstruktion för stödstrukturer - Inre egenskaper och gitterstrukturer - Överväganden om ytjämnhet | - ASTM F4269: Standard Practice for Additive Manufacturing with Powder Bed Fusion of Metals - Wohlers Report [Wohlers Report on Additive Manufacturing State of the Industry] - Konstruktionsriktlinjer från maskintillverkare |
| Icke-förstörande provning (NDT) | ASTM International (ASTM) | - Röntgenradiografi - Datortomografi (CT) - Ultraljudsprovning - Virvelströmsprovning | - ASTM E1742: Standardpraxis för radiografisk undersökning av metalliska material för porositet och inneslutningar - ASTM F2789: Standard testmetod för datortomografi (CT) avbildning av additiv tillverkning (AM) processer - ASTM E114: Standardpraxis för ultraljudsundersökning av metalliska material - ASTM E2194: Standardguide för elektromagnetisk (virvelström) provning av metallprodukter |
| Efterbearbetning | ASTM International (ASTM) | - Värmebehandling - het isostatisk pressning (HIP) - Maskinbearbetning och ytbehandling | - ASTM F67: Standard testmetod för bestämning av skjuvhållfastheten hos skruvar och stift av titan - ASTM B967: Standardspecifikation för kemisk avkalkning, elektrorengöring och passivering av titan och titanlegeringar - Riktlinjer för maskinbearbetning och efterbehandling från maskintillverkare |
VANLIGA FRÅGOR
Vilken är den bästa titanlegeringen för 3D-utskrift?
Ti 6Al-4V är för närvarande det vanligaste titanlegeringspulvret som används för additiv tillverkning på grund av dess utmärkta mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet i kombination med kommersiell tillgänglighet. Ti 6Al-4V ELI ger förbättrad brottseghet.
Vilka metoder kan 3D-printa titandelar?
Selektiv lasersmältning (SLM) och elektronstrålesmältning (EBM) är de viktigaste teknikerna för pulverbäddsfusion som används för tryckning av titan. DED-metoder (Directed Energy Deposition) är också användbara men har större porositet.
Behöver titan stöd vid 3D-utskrift?
Ja, titan kräver stöd under tryckningen eftersom det stelnar snabbt. Det krävs noggrant optimerade stöd för att undvika ytdefekter och slöseri med material samtidigt som de ger tillräcklig förankring.
Är det billigare att 3D-printa eller bearbeta titan?
För enstaka anpassade delar är 3D-utskrift av titan ofta billigare eftersom det inte krävs något verktyg. För massproduktion kan CNC-bearbetning av titan ha en lägre kostnad per del men har högre initiala installationskostnader och materialavfall.
Vilka branscher använder 3D-printade titandelar?
Flyg- och rymdindustrin är den största användaren av titantryckning idag tack vare förbättringar av köp-till-flyg-förhållandet på komplexa komponenter. Medicin, fordon, olja och gas, sportartiklar och konsumentsektorer utnyttjar också 3D-tryckt titan.
Hur mycket kostar titanpulver för 3D-utskrift?
Titanpulver kan variera från $100-2000 per kg beroende på sammansättning, kvalitet, orderkvantitet och andra faktorer. Sfäriska pulver av Ti 6Al-4V och Ti 6Al-4V ELI för kritiska applikationer ger premiumpriser på över $500/kg.
Vad finns det för exempel på 3D-printade titandelar?
3D-printing möjliggör innovativa titandelar som fästen för flygplansskrov, turbiner, motorsportkomponenter, skräddarsydda proteser, konformt kylda formsprutningsformar och till och med glasögon eller smycken med hjälp av komplexa gitterdesigner.
Dela på
MET3DP Technology Co, LTD är en ledande leverantör av lösningar för additiv tillverkning med huvudkontor i Qingdao, Kina. Vårt företag är specialiserat på 3D-utskriftsutrustning och högpresterande metallpulver för industriella tillämpningar.
Förfrågan för att få bästa pris och anpassad lösning för ditt företag!
Relaterade artiklar
Om Met3DP
Senaste uppdateringen
Vår produkt
KONTAKTA OSS
Har du några frågor? Skicka oss meddelande nu! Vi kommer att betjäna din begäran med ett helt team efter att ha fått ditt meddelande.
Metallpulver för 3D-printing och additiv tillverkning
FÖRETAG
PRODUKT
cONTACT INFO
- Qingdao City, Shandong, Kina
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731