Titan Ti-64 för 3D-utskrift av metall

titan ti-64 för 3d-utskrift av metall, förkortat Ti-64, är en titanlegering för flyg- och rymdindustrin som används för kritiska tillämpningar inom additiv tillverkning inom flyg- och rymdindustrin, medicinteknik, bilindustrin och allmän verkstadsindustri. Denna guide ger en teknisk översikt över Ti-64 pulvermetallurgi, inklusive sammansättning, data om mekaniska egenskaper, AM-bearbetningsdetaljer, efterbehandlingar, applikationer, kostnadsanalys, produktspecifikationer och jämförelser med alternativa titankvaliteter.

Översikt över titan ti-64 för 3d-utskrift av metall

Titanlegeringen Ti-6Al-4V (Grade 5) ger en optimal balans mellan styrka, brottseghet och korrosionsbeständighet i kombination med bevisad biokompatibilitet - vilket gör den till det vanligaste materialvalet för uppdragskritiska 3D-printade metallkomponenter i alla branscher.

I takt med att AM går från prototyptillverkning till serieproduktion av flygfärdiga flygplanskomponenter och patientspecifika implantat har Ti-64 blivit det pulver som nya material jämförs med.

Den erbjuder:

• Utmärkt förhållande mellan styrka och vikt
• Hög hårdhet och brottseghet upp till 550 MPa
• Duktilitet för komplexa geometrier
• Biokompatibilitet och icke-toxicitet
• Testad härstamning som sträcker sig över decennier
• Tillgänglig leveranskedja och kostnadseffektivitet

Fortsätt läsa för djupgående teknisk information om pulvermetallurgiska metoder för tillverkning av 3D-tryckta delar i titan Ti-64.

Sammansättning och legeringsdesign

Titanlegeringen Ti-64 består till övervägande del av titan med tillsats av aluminium och vanadin:

Spårämnen som kol, kväve och väte minimeras eftersom de försämrar de mekaniska egenskaperna. Järn- och syrekoncentrationerna hålls också låga.

Aluminiumet stabiliserar alfafasen medan vanadin bildar förstärkande betautfällningar vid lämplig värmebehandling. Denna blandning av två faser ger utmärkta prestanda.

Viktiga egenskaper hos Ti-64

• Utbytesstyrka: 880 MPa
• Draghållfasthet: 950 MPa
• Töjning: 14%
• Hårdhet: 350 Brinell
• Utmattningsgräns: 500 MPa
• Frakturtålighet: 75 MPa√m
• Skjuvhållfasthet: 690 MPa
• Young's Modulus: 115 GPa
• Täthet 4,43 g/cc
• Smältpunkt: 1604°C

Dessa egenskaper är starkt beroende av korrekt värmebehandling som diskuteras senare. Värdena varierar också något mellan AM-processer med trådmatning och pulverbädd, vilket kräver parameterjusteringar.

titan ti-64 för 3d-utskrift av metall Produktion

Medicinska tillämpningar och flygplansapplikationer kräver noggrann kontroll för att uppnå felfria produkter, så pulvertillverkningen följer strikta specifikationer:

Utmärkande egenskaper:

• Sfärisk partikelmorfologi med få satelliter
• Flytande pulver utan klumpar eller klumpbildning
• Kontrollerat PSD-band med majoritetsfördelning mellan 15 mikrometer och 45 mikrometer
• Kemikalier som överensstämmer med ASTM F2924 och F3001-graderna
• Konsekventa batcher med repeterbarhetsdata över stora produktionsvolymer
• Dokumenterar spårbarhet till gjutgods från källan

En sådan rigorös produktionskontroll säkerställer tillförlitliga, felfria utskrifter efter validerade justeringar av maskinparametrarna.

Användningsområden för titan ti-64 för 3d-utskrift av metall

Legeringens biokompatibilitet och höga förhållande mellan styrka och vikt passar många kritiska applikationer:

Flyg- och rymdindustrin

• Strukturella fästen, skott och delar till landningsställ
• Turbinblad och impellrar
• Inredningskomponenter för flygplan

Medicin & tandvård

• Ortopediska implantat som knä- och höftleder och ryggradsburar
• Dentala distanser och broar
• Kirurgiska instrument som kräver sterilisering

Fordon

• Lättviktskolvar och vevstakar
• Komponenter till lyx- och racerbilar, inklusive ventiler

Kemisk bearbetning

• Korrosionsbeständiga delar för vätskehantering, t.ex. rör, ventiler
• Filter och höljen som uppfyller kraven för livsmedel/pharma

3D-printad Ti-64 används också i allt större utsträckning inom högvärdiga industrier som robotik, sportartiklar och värmestyrning inom elektronik, där man utnyttjar designfriheten.

Därefter går vi djupare in på populära tekniker för pulverbäddsfusion som används för att bearbeta detta mångsidiga legeringspulver till uppdragskritiska färdiga komponenter.

3D-utskrift av metall med hjälp av titan Ti-64-pulver

Både laser- och elektronstrålebaserade pulverbäddstekniker smälter Ti-64 till full densitet över en byggplatta lager för lager:

Fusion av laserpulverbäddar (L-PBF)

• Selektiv lasersmältning (SLM) och direkt metallsintring (DMLS)
• Fokuserade Yb- eller Nd:YAG-fiberlasrar med hög effekt
• Inert argonatmosfär med syrehalter under 500 ppm
• Optisk övervakning av smältbassänger i realtid

Fusion av pulverbäddar med elektronstråle (E-PBF)

• Kraftfull 60kV till 150kV elektronstråle i vakuum
• Ultrasnabb strålscanning med hastigheter över 25.000 mm/sek
• Hög produktivitet för mindre komponenter
• Djupare penetration gör det lättare att svetsa titan

För större detaljer kan man med trådmatade DED-metoder (directed energy deposition) lägga till material över basstrukturer. Flera AM-metoder gör det möjligt att optimera mekanik och ytfinish.

Fördelar

• Komplexa geometrier som inte stöds vid gjutning eller maskinbearbetning
• Kortare ledtider och lägre kostnader jämfört med subtraktiva steg
• Minimalt materialsvinn och köp-till-flyg-förhållanden som överstiger 90%
• Konsekventa resultat över långa byggtider när de väl är inprogrammerade
• Designfrihet möjliggör prestandavinster

Men för att kunna skörda frukterna av detta krävs noggrann för- och efterbearbetning.

Steg före och efter bearbetning

För att uppnå felfria byggnationer krävs integrerade protokoll:

Förbehandling

• Testmatriser för parameteroptimering på dedikerade maskiner
• Övervakning av pulverförhållanden och återanvändning av blandningsförhållanden
• Initiala värmebehandlingar för att säkerställa enhetliga partikelegenskaper
• Noggrann placering och orientering av delar på byggplattan

Efterbearbetning

• Avlägsnande av delar från plåten via tråd-EDM / bandsågning
• Omfattande maskinbearbetning och efterbehandling i efterföljande led
• Varm isostatisk pressning (HIP) för att eliminera inre hålrum
• Värmebehandlingar för upplösning, åldring och stabilisering
• Slutlig valideringstestning för kvalitetssäkring

Sådana omfattande processkontroller gör det möjligt att utnyttja den fulla potentialen i additiv tillverkning med Ti-64 och inte bara förlita sig på skrivare.

Specifikationer

Ti-64-legeringssatser för användare inom medicin eller flyg kräver certifiering:

Anpassad siktning i snävare band är möjlig men ökar kostnaden. Matchande parametrar för AM-maskinerna hos kunden och godkända kvalitetskontroller säkerställer att prestandan är repeterbar i alla produktionsjobb.

titan ti-64 för 3d-utskrift av metall Tillgänglighet och kostnadsanalys

Ti-6Al-4V för flyg- och rymdindustrin har en högre kostnad än vanliga Ti-kvaliteter tack vare specialsmältning, rigorösa QC-tester och pulverformningsteknik:

Kostnaderna ligger fortfarande på den högre sidan men fortsätter att förbättras i takt med att AM ökar användningen av Ti-64-legeringar, vilket möjliggör skalekonomisk tillverkningsoptimering. Små FoU-prover kan nu köpas utan MOQ men produktionsjobb kräver orderprognoser.

Jämförelse mellan Ti-64 och alternativa titanlegeringar

Medan Ti-64 har den bredaste användningen, konkurrerar nu andra kvaliteter som AM-alternativ:

De viktigaste fördelarna med konventionell Ti-64 är:

• Beprövad materialstamtavla under 30+ år
• Jämnare ytfinish i AM-byggnader
• Etablerade protokoll för värmebehandling
• Tillåtna data för konstruktionskvalificering
• Lättillgänglig med konkurrenskraftiga leveranser

Begränsningar för Ti-64:

• Inte den absolut högsta styrkan titan
• Känslig för termisk oxidering utan kontroll
• Kräver omfattande het isostatisk pressning (HIP)

De beskrivna avvägningarna underlättar således valet av optimerade kvaliteter för olika applikationskrav.

Sammanfattning

Additiv tillverkning ger ingenjörer oöverträffade möjligheter att designa högpresterande Ti-64-komponenter i titan som inte kan matchas med äldre tekniker. Genom att kombinera nya digitala möjligheter med omfattande materialdata som validerats under mer än 30 år inom flyg och medicin kan ingenjörer använda innovativa nya 3D-tryckta geometrier som utnyttjar fördelarna med Ti-64 med minskad kvalificeringsrisk. Det krävs dock fortfarande noggranna kontroller av pulvertillverkning, lagringshantering, AM-bearbetning av metall samt efterbehandlingar för att utnyttja den fulla potentialen hos denna mångsidiga höghållfasta legering.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser