Introduktion till 3D-utskrift av Inconel

Inconel är en superlegering av nickel-krom som kan 3D-printas med hjälp av olika additiva tillverkningsprocesser för metall. Den här guiden ger en detaljerad översikt över 3D-utskrift av Inconel, inklusive tillämpliga tekniker, materialegenskaper, tillämpningar, överväganden och mycket mer.

Introduktion till 3D-utskrift Inconel

Inconel är en familj av nickel-krom-baserade superlegeringar som uppvisar hög hållfasthet, korrosionsbeständighet och värmebeständighet. Viktiga egenskaper som gör Inconel lämpligt för 3D-utskrift inkluderar:

• Hållfasthet och krypmotstånd vid höga temperaturer
• Oxidations- och korrosionsbeständighet
• Goda mekaniska egenskaper
• Svetsbarhet och bearbetbarhet
• Finns i pulverform för AM-processer i metall

Inconel-legeringsvarianter som Inconel 718 och 625 används ofta i flygmotorer, gasturbiner, kärnreaktorer och andra krävande applikationer. Additiv tillverkning möjliggör komplexa, optimerade Inconel-delar för förbättrad prestanda.

Denna guide omfattar Inconel-kvaliteter för AM, tillämpliga processer, parametrar, egenskaper, tillämpningar, efterbearbetning, kostnader och jämförelser.

Inconel-legeringskvaliteter för 3D-utskrift

De viktigaste superlegeringarna i Inconel som kan 3D-printas är

Inconel-kvaliteter för AM

Legering	Sammansättning	Viktiga egenskaper
Inconel 718	Ni, Cr, Fe, Nb, Mo	Styrka, seghet, svetsbarhet
Inconel 625	Ni, Cr, Mo, Nb	Korrosionsbeständighet, utmattningshållfasthet
Inconel 939	Ni, Co, Cr, W, Nb, Ti	Varmhårdhet, kryphållfasthet
Inconel X-750	Ni, Cr, Fe, Ti, Al	Oxidationsbeständighet vid höga temperaturer

• Inconel 718 är den mest använda 3D-printade kvaliteten på grund av dess optimala styrka och kostnad.
• Inconel 625 har den bästa korrosionsbeständigheten och är lämplig för marina tillämpningar.
• Inconel X-750 klarar extrema temperaturer upp till 700°C.
• Kvalitetsklasserna är optimerade för specifika driftsförhållanden och krav.
• Specialanpassade Inconel-legeringar kan också formuleras och 3D-printas.

3D-tryckprocesser för Inconel

Inconel kan skrivas ut med hjälp av både pulverbäddsfusion och deponering med riktad energi:

3D-utskriftsprocesser för Inconel

Process	Metoder	Beskrivning
Fusion av pulverbäddar	DMLS, SLM, EBM	Pulverbädden smälts selektivt med laser eller e-beam
Deposition med riktad energi	LENS, metallplasmadeponering, trådbåge AM	Fokuserad värmekälla smälter metallpulver eller metalltråd

• Pulverbäddsprocesser som DMLS och EBM är vanligast för tryckning av Inconel.
• DED-metoder som LENS används för reparationer och stora delar med nära nätform.
• Processparametrarna måste optimeras för varje specifik Inconel-legering.
• Efterbearbetning som t.ex. spänningsavlastande värmebehandling rekommenderas.

Egenskaper för 3D-utskrivet Inconel

3D-utskrivet Inconel uppvisar följande egenskaper:

Egenskaper för 3D-utskrift av Inconel

Fastighet	Typiska värden
Täthet	8,19 g/cm3
Draghållfasthet	1000-1300 MPa
Sträckgräns	500-1100 MPa
Töjning vid brott	10-40%
Smältpunkt	1350-1430°C
Termisk ledningsförmåga	11-20 W/mK
Korrosionsbeständighet	Utmärkt i olika miljöer
Värmebeständighet	Utmärkt upp till 700°C

• De mekaniska egenskaperna motsvarar eller överträffar dem hos traditionellt tillverkad Inconel.
• Riktat stelnade mikrostrukturer resulterar i anisotropiska egenskaper.
• Efterbearbetning som HIP förbättrar densiteten, duktiliteten och isotropin.
• Egenskaperna beror i hög grad på parametrarna i 3D-utskriftsprocessen.

Användningsområden för 3D-printad Inconel

Viktiga industrier som använder additivt tillverkade Inconel-delar är bl.a:

Tillämpningar för 3D-utskrift av Inconel

Industri	Användningsområden
Flyg- och rymdindustrin	Turbinblad, motordelar, munstycken, tryckkammare
Olja och gas	Ventiler, komponenter till borrhål, tryckkärl
Kärnkraft	Reaktorns inre delar, värmeväxlare
Fordon	Turboladdare, hjul, avgaskomponenter
Kemisk	Pumpar, ventiler, reaktionskärl
Medicinsk	Implantat, kirurgiska instrument

• Flygindustrin är den största användaren av flygkritiska komponenter i superlegeringar.
• Olje- och gasindustrin utnyttjar hög temperaturhållfasthet för brunnsutrustning.
• Kärnkraftsindustrin använder det för korrosionsbeständighet mot radioaktiva ämnen.
• Sportapplikationer för bilar drar nytta av optimerade lättviktsgeometrier.
• Medical utnyttjar biokompatibilitet för implantat och instrument.

Fördelarna med 3D-utskrift av Inconel jämfört med traditionell tillverkning

Viktiga fördelar med 3D-printning av Inconel jämfört med konventionella metoder:

3D-utskrift vs gjutning/bearbetning

• Frihet att producera komplexa, organiska geometrier som inte är möjliga på annat sätt
• Förmåga att optimera och kombinera delar för vikt- och prestandaförbättringar
• Kortare ledtider och lägre kostnader för tillverkning av små serier
• Hanterar verktygs-/fixturbegränsningar för subtraktiva metoder
• Möjliggör funktionella graderingar och topologioptimering
• Minskar materialspillet med hjälp av optimerade konstruktioner
• Just-in-time, produktion på begäran nära användningsstället

Kostnadsanalys för 3D-printad Inconel

Kostnaderna för 3D-utskrifter av Inconel varierar beroende på:

Kostnadsdrivande faktorer

• Inköp av AM-maskin, driftskostnader
• Materialkostnad för Inconel-pulver (~ $ 100-200 / kg)
• Arbete för design, tryckning, efterbearbetning
• Produktionsvolym
• Komplicerad detaljstorlek och geometri
• Krav på efterbearbetning

Typiskt intervall för artikelkostnader

• $50 – $500 per kg tryckta delar
• Smådelar ~ $100 – $5000
• Större komplexa flyg- och rymdkomponenter kan kosta mer än 15 000 dollar

Utmaningar för 3D-utskrift Inconel

Några utmaningar med Inconel AM inkluderar:

• Höga materialkostnader för Inconel-pulver
• Kontroll av restspänningar
• Krav för het isostatisk pressning (HIP)
• Hög ytjämnhet som kräver omfattande maskinbearbetning
• Begränsat antal leverantörer av AM-utrustning
• Optimering av processparametrar för varje legeringsgrad
• Säkerställa repeterbarhet och kvalitetsstandarder

Ytterligare utveckling av AM-tekniken fortsätter att förbättra tryckbarhet, ytfinish, materialegenskaper och minska tryckkostnaderna för Inconel.

Jämförelse av Inconel med andra material för 3D-utskrift

Inconel vs. andra material för AM

Material	Proffs	Nackdelar
Titanlegeringar	Lägre densitet, utmärkt hållfasthet	Kapacitet för lägre temperaturer
Rostfria stål	Kostnad, tillgänglighet	Lägre hållfasthet än Inconel
Verktygsstål	Hårdhet, slitstyrka	Problem med sprickbildning
Kobolt krom	Biokompatibilitet	Begränsad hållfasthet vid höga temperaturer
Aluminiumlegeringar	Lägre kostnad och densitet	Mycket lägre styrka

• Inconel ger den bästa kombinationen av hög hållfasthet, värmebeständighet och korrosionsbeständighet.
• Det är dyrare än rostfritt stål men kan användas vid mycket högre temperaturer.
• Titan har bättre styrka i förhållande till vikt men lägre driftgräns.
• Valet beror på specifika applikationskrav.

Viktiga slutsatser om 3D-utskrift av Inconel

• Inconel nickel-krom-superlegeringar ger hög hållfasthet och temperaturbeständighet.
• Vanligt förekommande kvaliteter är Inconel 718, 625, X-750 som kan 3D-printas.
• Huvudprocesserna är pulverbäddsfusion som DMLS/SLM och DED-metoder.

-jämförbart med och ofta bättre än traditionellt tillverkad Inconel.

• Flygmotorer och kärnreaktorer är viktiga tillämpningsområden.
• Kostnaderna ligger mellan 50-500 USD per kg för tryckning, beroende på faktorer som storlek.
• Framstegen syftar till enklare tryckbarhet, bättre finish och bredare användning.

Vanliga frågor

F: Vad används Inconel till vid 3D-utskrifter?

A: Inconel används för att 3D-printa högpresterande komponenter som kräver värmebeständighet för flygmotorer, gasturbiner, kärnreaktorer och andra applikationer.

F: Vilken 3D-utskriftsprocess är bäst för Inconel?

S: Pulverbäddsfusionsmetoder som DMLS och SLM är vanligast för tryckning av Inconel-legeringar. Men DED-processer som LENS erbjuder fördelar för stora former nära nätet.

F: Kräver 3D-tryckt Inconel efterbehandling?

S: Ja, efterbearbetning som varm isostatisk pressning (HIP) rekommenderas för att minska inre spänningar och förbättra materialets isotropi och egenskaper.

F: Är 3D-printad Inconel lika stark som smidd Inconel?

Svar: Ja, additiv tillverkning kan producera Inconel-delar med mekaniska egenskaper som uppfyller eller överträffar dem hos traditionellt tillverkad smidd Inconel.

F: Vilka är skillnaderna mellan Inconel 718 och 625?

A: Inconel 718 ger bättre övergripande mekaniska egenskaper medan Inconel 625 ger överlägsen korrosionsbeständighet, särskilt för marina miljöer.

F: Är det svårt att 3D-printa Inconel?

S: Inconel kan vara mer utmanande att skriva ut jämfört med metaller som aluminium eller titan. Noggrann optimering av skrivarparametrarna krävs för att kontrollera restspänningar och sprickbildning.

F: Vilken precision kan uppnås med 3D-utskrift av Inconel?

S: Måttnoggrannhet på cirka ±0,1-0,2% är möjlig för AM-delar i Inconel beroende på vilken process som används. Maskinbearbetning kan förbättra precisionen ytterligare om det behövs.

F: Är tryckt Inconel lika stark som varmbearbetad Inconel?

S: Ja, pulverbäddssmältningsprocesser kan åstadkomma fina mikrostrukturer i Inconel som resulterar i hållfastheter som är jämförbara med eller högre än för varmbearbetade komponenter.

F: Vilken ytfinish kan förväntas av AM-delar i Inconel?

S: Den tryckta ytjämnheten ligger normalt inom intervallet 10-25 mikrometer Ra. Ytterligare maskinbearbetning och polering krävs ofta för att uppnå finare ytfinish.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser