Inconel 3D-utskrift: Fördelar, typer, applikationer

Översikt över 3D-utskrift av Inconel

Inconel 3D-utskrift, även känd som additiv tillverkning med Inconel-legeringar, avser tillverkning av komponenter från Inconel-metallpulver med hjälp av 3D-utskriftsteknik. Inconel är en familj av nickel-krombaserade superlegeringar som är kända för sin höga hållfasthet, korrosionsbeständighet och värmebeständighet. Några av de viktigaste funktionerna i Inconel 3D-utskrift är:

• Möjliggör tillverkning av komplexa lättviktsgeometrier som inte är möjliga med konventionell tillverkning
• Goda mekaniska egenskaper och materialprestanda som är jämförbara med smidda Inconel-delar
• Delar kan skrivas ut på begäran utan behov av matriser, formar eller specialverktyg
• Kortare ledtider och lägre kostnader för tillverkning av små serier
• Möjlighet att skapa optimerade former och konstruktioner genom topologioptimering
• Ett brett spektrum av industrier som använder Inconel 3D-utskriftsdelar inkluderar flyg- och rymdindustrin, fordonsindustrin, olja och gas, medicinsk, kemisk bearbetning

Några fördelar och begränsningar med 3D-utskrift av Inconel att tänka på:

Fördelar med 3D-utskrift av Inconel

• Komplexa geometrier och lättviktskonstruktioner
• Anpassade, optimerade konstruktioner
• Minskat avfall - använd endast den mängd material som krävs
• Kortare ledtider, lägre kostnader för små serier
• Enkelt att göra designändringar och iterationer
• Konsoliderade sammansättningar och minskat antal artiklar
• Köp delar på begäran utan minsta orderkvantitet

Begränsningar för 3D-utskrift av Inconel

• Högre kostnader för stora produktionsvolymer
• Långsammare bygghastigheter än andra metaller som rostfritt stål
• Efterbearbetning kan krävas för att uppnå önskad ytfinish
• Anisotropa materialegenskaper
• Kvalificerings- och certifieringskrav i reglerade branscher
• Begränsat antal kvalificerade legeringskvaliteter av Inconel för 3D-utskrift

Olika typer av Inconel-legeringar som används vid 3D-utskrift

Flera superlegeringar av Inconel har utvecklats för användning i 3D-utskriftsprocesser. De vanligaste Inconel-legeringarna som används är:

Andra Inconel-legeringar med potential för 3D-utskrift:

• Inconel X-750
• Inconel 909
• Inconel 939ER

3D-tryckprocesser för Inconel

Flera additiva tillverkningsprocesser används för att trycka Inconel-superlegeringar:

Viktiga processparametrar: Lasereffekt, skanningshastighet, luckavstånd, skikttjocklek, byggorientering, stödstrukturer, förvärmningstemperatur och efterbehandlingssteg. Processparametrarna måste optimeras för varje Inconel-legering för att erhålla önskade egenskaper.

Tillämpningar av 3D-utskrift av Inconel

Nyckelindustrier som använder additivt tillverkade Inconel-komponenter och deras tillämpningar:

De unika egenskaperna hos 3D-printing gör den lämplig för tillverkning av komplexa Inconel-delar med optimerade former och design. Komponenterna kan göras lättare.

Specifikationer för 3D-utskrivna delar av Inconel

Viktiga parametrar och specifikationer att ta hänsyn till för 3D-utskrivna delar i Inconel:

Kritiska designprinciper för 3D-utskrift av Inconel:

• Minsta väggtjocklek för självbärande funktioner
• Vinklade ytor som är större än 45 grader kan kräva stöd
• Generösa filéradier rekommenderas för komplexa geometrier

Metoder för efterbearbetning av tryckta delar i inconel

Vanliga efterbearbetningssteg för as-printade Inconel-delar:

• Borttagning från byggplattan: Skärande bearbetning, trådgnistning
• Stöd för borttagning: Mekanisk borttagning, termisk avlastning, kemisk upplösning
• Stressavlastande: Värmebehandling under lösningstemperaturen för att avlägsna restspänningar
• Ytbehandling: Maskinbearbetning, slipning, polering, abrasiv flödesbearbetning, vibrerande ytbehandling
• Varm isostatisk pressning (HIP): Tillför värme och isostatiskt tryck för att stänga inre hålrum och förbättra materialegenskaperna

Efterbearbetning är avgörande för att förbättra den slutliga detaljens kvalitet och prestanda. Vilka metoder som används beror på applikationskraven.

Designprinciper och rekommendationer

Viktiga konstruktionsrekommendationer för optimering av 3D-tryckta delar i Inconel:

• Minimera överhängande delar som kräver stöd
• Orientera delar för att minska stödstrukturer
• Undvik tunna utskjutande delar som är benägna att deformeras
• Använd generösa invändiga radier för att minska spänningarna
• Ta hänsyn till termisk expansion i konstruktionen - Inconel har en termisk expansionskoefficient på 13 x 10^-6 m/m°C
• Ta hänsyn till anisotropa materialegenskaper baserat på byggriktning
• Utforma lämpliga datumen, toleranser och ytfinish för efterbearbetning
• Simulera konstruktioner och termiska påfrestningar med CAE-verktyg före tryckning

Topologioptimering och omdesign av detaljer specifikt för 3D-printing ger maximala fördelar i form av viktbesparingar, prestandaförbättringar och kostnadsminskningar.

Leverantörer för 3D-utskriftstjänster för Inconel

Många servicebyråer erbjuder Inconel 3D-utskriftstjänster med hjälp av olika processer:

Många OEM-tillverkare av skrivare erbjuder också utskriftstjänster för Inconel, t.ex. EOS, Velo3D, SLM Solutions, Renishaw och AddUp. Både laser PBF- och DED-processer är allmänt tillgängliga.

Kostnadsanalys för 3D-utskrift av Inconel

Kostnaderna varierar beroende på:

• Storlek på detaljer, geometrisk komplexitet, produktionsvolymer
• Materialkostnader - Inconel-pulver är dyrt
• Arbete för design, efterbehandlingssteg
• Kvalificerings- och certifieringskrav

För prototyper och små produktionsvolymer är 3D-printning av Inconel mycket kostnadseffektivt jämfört med maskinbearbetning eller gjutning. DED är den mest ekonomiska processen.

Hur man väljer en leverantör för 3D-utskrift av Inconel

Viktiga överväganden vid val av leverantör av 3D-utskriftstjänster för Inconel:

• Erfarenhet: Antal år i arbete med Inconel-legeringar, branscher, fallstudier
• Teknisk kapacitet: Processer som erbjuds, tryckta Inconel-kvaliteter, begränsningar av detaljstorlek, sekundära bearbetningar
• Kvalitetscertifieringar: ISO 9001-, AS9100- och Nadcap-godkännanden visar på kvalitetsstyrning
• Delvalidering: Materialprovning, processvalidering och kvalitetskontroller utförs
• Efterbearbetning: Avspänning, het isostatisk pressning, maskinbearbetning, efterbehandling
• Ledtider: Förmåga att leverera delar snabbt är avgörande
• Kundstöd: Design för AM-vägledning, topologioptimering, utskriftsövervakning, inspektion av delar
• Kostnad: Tryck- och materialkostnader, arbetslöner, volymrabatter, certifieringar

Kontakta flera leverantörer, jämför kapacitet, begär testkuponger för att kvalificera leverantörer innan du startar fullskalig produktion med Inconel 3D-utskrift.

Fördelar och nackdelar med 3D-utskrift av Inconel

Rollen för 3D-utskrift av Inconel i tillverkningsindustrin

Nyckelroller som 3D-utskrift av Inconel fyller i tillverkningen:

• Produktion av prototyper: Snabb och billig prototyptillverkning av Inconel-komponenter för verifiering av konstruktionen
• Verktyg för broar: Snabb framställning av formar, fixturer och jiggar under övergången från prototyptillverkning till fullskalig tillverkning
• Del Konsolidering: Omkonstruktion av enheter och konsolidering av delar för minskad vikt och kostnad
• Massanpassning: Möjliggöra personanpassade Inconel-delar som är skräddarsydda efter kundens behov
• Reservdelar: On-demand-tillverkning av reservdelar efter behov i stället för serieproduktion och lagerhållning
• Flexibilitet i leveranskedjan: Gör det möjligt att enkelt flytta produktionen mellan olika platser och minska störningar i leveranskedjan
• Korta körningar: Ekonomisk produktion av små batcher av Inconel-detaljer som behövs i låga volymer

De unika egenskaperna hos additiv tillverkning gör den till ett värdefullt komplement till konventionella tillverkningsprocesser för tillverkning av komplexa Inconel-komponenter.

Framtiden för 3D-utskrifter i Inconel

3D-utskrift av Inconel förväntas växa betydligt under de kommande åren drivet av:

• Utveckling av nya Inconel-superlegeringar optimerade för AM-processer
• Förbättrade skrivare med högre grad av automatisering och repeterbarhet
• Snabbare bygghastigheter och högre produktionsgenomströmning
• Utökade möjligheter för detaljstorlekar
• Hybridtillverkning som kombinerar AM och subtraktiva processer
• Mjukvaruförbättringar som möjliggör optimering av stödstrukturer
• Ökad användning inom starkt reglerade sektorer som flyg och medicinteknik
• Tillämpningar inom framväxande områden som verktyg, formar, jiggar och fixturer
• Användning av AM för reparationer av delar och eftermarknadstjänster

I takt med att tekniken mognar ytterligare kommer 3D-utskrifter av Inconel att bli vanliga i fler branscher tack vare dess förmåga att producera högpresterande metalldelar på begäran.

VANLIGA FRÅGOR

F: Vilka olika typer av Inconel-legeringar används vid 3D-utskrifter?

S: De vanligaste Inconel-legeringarna som används vid 3D-utskrifter är Inconel 718, 625, 800 och 939. Varje legering har specifika temperatur-, korrosions- och oxidationsbeständighetsegenskaper som lämpar sig för olika tillämpningar.

F: Hur är de mekaniska egenskaperna hos 3D-printad Inconel jämfört med smidda Inconel-delar?

S: När optimerade processparametrar används uppvisar 3D-tryckta Inconel-komponenter draghållfasthet inom 15% av smidesmaterial. Duktiliteten i form av brottöjning är dock lägre för AM Inconel-delar, i intervallet 10-35% jämfört med 40-50% för smide.

F: Vilka efterbehandlingsmetoder används på 3D-utskrivna delar av Inconel?

S: Vanliga efterbearbetningssteg är borttagning av stöd, spänningsavlastande värmebehandling, het isostatisk pressning (HIP), maskinbearbetning, slipning, polering och andra efterbehandlingsprocesser. Detta bidrar till att förbättra ytfinishen, måttnoggrannheten och materialegenskaperna.

F: Kräver 3D-utskrift av Inconel någon speciell utrustning eller infrastruktur?

S: För att trycka Inconel-legeringar krävs specialskrivare för pulverbäddsfusion eller deponering med riktad energi som är utrustade med inertgaskammare, högeffektslasrar eller elektronstrålar och vakuumsystem. Hantering av fint Inconel-pulver kräver också särskilda försiktighetsåtgärder och procedurer.

F: Vilka är några exempel på industrier som använder 3D-printing med Inconel?

S: Viktiga branscher som använder 3D-utskrift i Inconel är flyg, olja och gas, kraftproduktion, kemisk bearbetning, fordonsindustri och medicinteknik. Delar som turbinblad, värmeväxlarkomponenter, ventiler och proteser 3D-printas ofta i Inconel.

F: Är det möjligt att 3D-printa stora delar i Inconel?

S: Även om storleksmöjligheterna ökar är de flesta 3D-utskrivna Inconel-delar för närvarande mindre än 1 kubikfot i volym. För mycket stora delar erbjuder DED (directed energy deposition) större flexibilitet i byggstorleken än pulverbäddsfusionsprocesser. Hybridtillverkning som kombinerar AM och subtraktiva processer möjliggör också större Inconel-delar.

F: Kräver 3D-utskrift av Inconel några speciella designöverväganden?

S: Viktiga konstruktionsprinciper är att minimera överhäng, ta hänsyn till termiska spänningar, använda lämpliga toleranser och ytbehandlingar samt orientera delarna optimalt för att minska antalet stöd. Topologioptimering och omkonstruktion för AM leder till maximala fördelar.

F: Vilka är de största fördelarna med 3D-utskrift av Inconel?

S: De viktigaste fördelarna med 3D-printning av Inconel är möjligheten att producera komplexa geometrier som inte är möjliga med gjutning eller smide, minskade ledtider och kostnader för lågvolymsproduktion, optimerade lättviktskonstruktioner, delkonsolidering och tillverkningskapacitet på begäran.

F: Hur är kostnaden för 3D-utskrift av Inconel jämfört med andra AM-processer för metall?

S: Inconel-pulver är dyrare än andra metaller som rostfritt stål och titan. I kombination med utmanande utskriftsparametrar gör detta 3D-utskrift av Inconel dyrare per del jämfört med utskrift av stål eller titanlegeringar.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser