titan am-pulver för additiv tillverkning

Titan har ett exceptionellt förhållande mellan styrka och vikt, är korrosionsbeständigt och biokompatibelt och är ett mycket uppskattat material för additiv tillverkning inom flyg- och rymdindustrin, medicinteknik, fordonsindustrin och industrin. Den här översikten utforskar de olika titanam-pulvren, deras motsvarande egenskaper, efterbehandlingsbehandlingar, ledande globala leverantörer och exempel på användningsområden per bransch.

Översikt över titan am-pulver

Viktiga egenskaper gör titan till ett idealiskt material för pulverbäddfusion och AM-processer med riktad energideposition:

• Hög hållfasthet – överträffar ofta glödgat titan och konkurrerar med Ti-6Al-4V
• Låg densitet – högt förhållande mellan styrka och vikt, minskad vikt för tryckta delar
• Korrosionsbeständighet – skyddande ytoxidsköld
• Biokompatibilitet – lämpar sig för medicintekniska produkter och implantat
• Förmåga att legera – skräddarsy egenskaper som styrka och hårdhet
• Kostnadseffektivitet – lägre materialspill jämfört med maskinbearbetning från block
• Köp-till-flyg-förhållande på över 90 % – optimerad design sparar vikt och material

I kombination med den designfrihet som AM möjliggör öppnar titan upp för nya potentiella användningsområden.

Pulveralternativ för titanlegeringar för AM

Populära titanlegeringar som används idag inkluderar kommersiellt rena kvaliteter, alfa- och alfa-beta-legeringar och nya patentskyddade kvaliteter som Titanium 6242.

Vanliga sammansättningar av titanlegeringar

Legering	Al%	V%	Fe%	O%	Övriga
CP Ti klass 1	–	–	≤ 0.20	≤ 0.18	–
CP Ti Grad 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

Spår av syre, kväve och kol är strikt begränsade för att säkerställa optimal AM-bearbetning och mekaniska egenskaper.

Specifikationer för titan am-pulver

Sfäriskt titanpulver med hög renhet och kontrollerad partikelstorleksfördelning krävs för defektfria, täta AM-komponenter.

Partikelstorleksfördelning för titanpulver

Mätning	Specifikation
Storleksintervall	15 - 45 μm
Genomsnittlig partikelstorlek	25-35 μm
Partikelform	Övervägande sfärisk

Sfäriskhet främjar spridbarheten hos pulvret. Kontrollerad distribution förhindrar problem med segregering under applicering och återvinning.

Efterbearbetningsprocedurer för AM-delar i titan

Vanliga alternativ för efterbehandling av additivt tillverkade titankomponenter inkluderar:

Metoder för efterbearbetning

Stresslindring

Åldring vid låg temperatur eliminerar restspänningar från byggprocessen och förhindrar därmed eventuell skevhet och sprickbildning.

Ytbehandling

Förbättrar ytfinishen för precisionsmått, bryter vassa kanter eller förbättrar det estetiska utseendet.

Isostatisk varmpressning

Förtätar alla inre porositeter genom samtidig applicering vid förhöjd temperatur och isostatiskt tryck. Krävs för dynamiska slutanvändningsapplikationer.

Värmebehandling

Förändrar mikrostrukturen hos Ti-6Al-4V och andra titanlegeringar för att förbättra mekaniska egenskaper som duktilitet och utmattningslivslängd.

Maskinbearbetning

Ger mått och ytfinish med hög precision för lager- och tätningsytor på AM-delar med nära nettovorm.

Tekniker för additiv tillverkning av titanpulver

Modern 3D-printing i metall använder mikrosvetsning av fin titan för att konstruera komplexa komponenter. Två vanliga tillvägagångssätt inkluderar:

Jämförelse av AM-processalternativ för titan

Metod	Beskrivning	Fördelar	Begränsningar
Fusion av pulverbäddar	Laser eller e-beam smälter samman delar av pulverbädden selektivt enligt digital modell	Exceptionella geometriska egenskaper och materialets mångsidighet lämpar sig för funktionella titankomponenter för slutanvändning	Långsammare bygghastigheter än DED; storleksbegränsningar från maskinbädden
Deposition med riktad energi	Fokuserad värmekälla smälter sprutmunstycke för metallpulver	Större komponenter möjliga; kumulativ byggyta. Idealisk för reparationer och ytbeläggningar.	Sämre ytfinish; högre porositet – kräver omfattande efterbearbetning

Laserbaserade metoder är för närvarande de mest använda för att trycka titanlegeringar med hög renhet tack vare precision och materialprestanda.

Tillämpningar av titan am-pulver

Tack vare titanmaterialets fördelar som hög mekanisk prestanda per viktenhet i kombination med designfriheten hos AM, omfattar tillämpningarna

Industrier som använder AM-delar av titan

Flyg- och rymdindustrin – motorkonsoler, delar till drönare, satellitkomponenter

Medicin & tandvård – implantat, proteser, kirurgiska instrument

Fordon – motorsportutrustning, anpassade fästen

Olja & Gas – verktyg för djuphavsborrning, ventiler och pumpar

Kraftgenerering – lättviktsimpellorer, turbinblad

Nyutvecklade legeringar som Ti-6242 ökar kapaciteten ytterligare och gör det möjligt för titan att användas i sektorer med hög tillväxt.

Ledande leverantörer av titanpulver för tryckning

Viktiga tillverkare av sfäriska titanpulver för tillförlitliga AM-processer är bl.a:

Tillverkare av titanpulver

Företag	Gemensamma betyg	Prissättning/Kg
AP&C	Ti-6Al-4V, Ti-6242, klass 2, 23	$50 – $350
Linde-koncernen	Ti-6Al-4V, klass 2, 23, 5	$200 – $600
Wolfram metallpulver	Ti-6Al-4V, klass 5	$100 – $500
Sandvik	Ti-6Al-4V	$120 – $310

Priserna beror i hög grad på renhetsstandarder, parametrar för pulverstorlek, certifierad kemi och inköpsvolymer.

VANLIGA FRÅGOR

Vilken titanlegering är bäst för medicinska eller dentala AM-delar?

Titan av medicinsk kvalitet 5 med strikta kemikontroller rekommenderas för bioinerta implantatapplikationer som kräver optimal biokompatibilitet och hög utmattningsprestanda.

Varför är det viktigt med låg syrehalt i titantryckpulver?

Hög syrehalt leder till överskott av titanoxider som minskar smältförmågan, segheten, utmattningshållfastheten och den mekaniska prestandan. Syrehalten är begränsad till nivåer under 0,18-0,2%.

Vilka titanlegeringar har störst nytta av efterbehandlingsbehandlingar?

Framstående dubbla värmebehandlingar för Ti-6Al-4V ökar draghållfastheten samtidigt som duktiliteten förbättras. Grad 2-titan uppnår de högsta draghållfasthetsvinsterna genom glödgning med avlastning följt av åldringsrespons.

Krävs ytbehandling för AM-delar i titan?

Vissa tillämpningar kräver måttnoggrannhet, tribologiska, estetiska eller inaktiverande behov som bäst tillgodoses genom ytförbättring, t.ex. CNC-bearbetning, slipning/polering, EDM, shot peening, anodisering, plasmaelektrolytisk oxidation etc.

Hur ska leverantörer utvärderas för beställningar av titanpulver för tryckning?

Ledande kritiska egenskaper som används av additivtillverkare och designers för att kvalificera titanpulverleverantörer utöver rimliga priser inkluderar: sfärisk morfologi, noggrann kontroll av partikelstorleksfördelning, extremt låga halter av gasformiga föroreningar (särskilt syre och kväve), spårbarhet av partier genom ett strikt kvalitetsstyrningssystem, lyhörd teknisk expertis, tillgänglighet för provtagning och certifieringar som visar standardiserade interna testprotokoll.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser