Katmanlı Üretim için Titanyum Tozu

Titanyum tozu seçici lazer eritme (SLM) ve elektron ışını eritme (EBM) gibi eklemeli üretim teknikleri kullanılarak yüksek mukavemetli, hafif titanyum bileşenlerin basılması için kritik bir malzemedir. Bu kılavuz, AM için titanyum tozlarına kapsamlı bir genel bakış sağlar.

AM için Titanyum Tozuna Giriş

Titanyum tozu, olağanüstü özelliklere sahip titanyum parçaların 3D baskısını mümkün kılar:

• Yüksek mukavemet/ağırlık oranı
• Mükemmel korozyon direnci
• İyi yüksek sıcaklık özellikleri
• Tıbbi kullanımlar için biyouyumluluk
• Reaktiftir ve kontrollü işlem gerektirir

AM için yaygın titanyum alaşımları:

• Ti-6Al-4V (Ti64)
• Ti-6Al-7Nb (Ti647)
• Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr (Ti5553)
• Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6-2-4-2)

Temel toz özellikleri:

• Kimya ve mikroyapı
• Partikül boyutu ve dağılımı
• Parçacık şekli ve morfolojisi
• Saflık
• Akışkanlık ve görünür yoğunluk

Ti-6Al-4V Toz

Ti-6Al-4V, AM'de kullanılan en yaygın titanyum alaşımı tozudur:

• Mukavemet, süneklik ve korozyon direncinin mükemmel bir kombinasyonunu sağlar
• AM parçaları için mukavemet 1300 MPa ve daha yüksek değerlere ulaşabilir
• 1600°C civarında erir ve baskı sırasında termal yönetim gerektirir
• Oksijen alımına karşı hassas - kontrollü atmosfer gerektirir

Uygulamalar:

• Havacılık ve otomotiv bileşenleri
• Ortopedik diz ve kalça protezleri gibi biyomedikal implantlar
• Gıda ve kimyasal işleme endüstrisi parçaları
• Tüketici ürünleri

Tedarikçiler: AP&C, Tekna, Carpenter Additive, Arcam AB

Ti-6Al-7Nb Toz

Ti-6Al-7Nb tozu üstün gerilme mukavemeti ve sürünme direnci sağlar:

• Çökelme sertleşmesinden kaynaklanan 1500 MPa'ya kadar yüksek mukavemet
• İyi kaynaklanabilirlik
• Toksik vanadyum alaşımlarına alternatif olarak kullanılır
• Boşlukları en aza indirmek için sıcak izostatik presleme (HIP) gerektirir

Uygulamalar:

• Uçak gövdeleri ve türbinler gibi havacılık ve uzay bileşenleri
• Yüksek gerilime maruz kalan motor sporları parçaları
• Diş implantları ve tıbbi protezler
• Gemiler ve pervaneler gibi denizcilik uygulamaları

Tedarikçiler: AP&C, TLS Technik GmbH, Tekna

Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr Toz

Ti-5-5-5-3 tozu mükemmel sertleşebilirlik ve derin sertleşme sunar:

• Mukavemet seviyeleri 1400 MPa'yı aşıyor
• 350°C'nin üzerinde özelliklerini korur
• İşlenmesi zor titanyum parçalar için kullanılır
• Yüksek yorulma direnci ve sürünme mukavemeti sağlar

Uygulamalar:

• Uçak iniş takımları ve yapısal parçaları
• Formula-1 motor ve şasi bileşenleri
• Türbin motor diskleri ve kompresör parçaları
• Havacılık ve uzay bağlantı elemanları ve donanımları

Tedarikçiler: AP&C, Carpenter Additive, Arcam AB

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo Toz

Ti-6-2-4-2 tozu üstün sıcak gaz erozyon direnci sağlar:

• 600°C'ye kadar oksidasyon ve korozyona karşı dayanıklıdır
• 1300 MPa'ya kadar mükemmel mukavemet
• Yüksek sıcaklıktaki gazlara maruz kalan parçalar için kullanılır
• Tam yoğunluğa ulaşmak için sıcak izostatik presleme gerektirir

Uygulamalar:

• Uçak motoru kanatları ve kanatçıkları
• Roket motoru nozulları
• Sıcak gaz akışına maruz kalan füze bileşenleri
• Nükleer reaktör bileşenleri

Tedarikçiler: AP&C, Tekna, Sandvik Osprey

Sınıf 1 ve Sınıf 2 Titanyum

Sınıf 1 ve 2 alaşımsız titanyum tozları mükemmel korozyon direnci sağlar:

• Düşük interstisyel elementler ile yüksek saflık
• Mükemmel biyouyumluluk
• Alaşımlara kıyasla düşük mukavemet; yaklaşık 380 MPa
• Kimyasal, denizcilik ve tüketici uygulamaları için kullanılır

Uygulamalar:

• Kafatası plakaları gibi biyomedikal implantlar
• Kimyasal reaktör kapları ve boruları
• Pervane şaftları gibi denizcilik bileşenleri
• Gıda işleme ekipmanları

Tedarikçiler: AP&C, TLS Technik, Tekna Plazma Sistemleri

Titanyum Alüminit Tozları

Ti4522 gibi titanyum alüminit alaşımları hafif bileşenler basar:

• Düşük yoğunluk - 3,7 g/cm3
• 1000 MPa'ya kadar mukavemet
• Mükemmel korozyon direnci
• 750°C'ye kadar yüksek sıcaklık kapasitesi
• Hızlı soğuma ve katılaşma nedeniyle işlemesi zordur

Uygulamalar:

• Havacılık ve uzay kompresör parçaları
• Otomotiv turboşarj tekerlekleri
• Yanma odası gömlekleri
• Füze ve uçak yapıları

Tedarikçiler: Kennametal, AP&C, Sandvik

Titanyum Tozu Üretim Yöntemleri

1. Gaz Atomizasyonu

• Erimiş metali ince damlacıklar halinde atomize etmek için kullanılan inert gaz
• AM için ideal küresel tozlar, 10-100 mikron
• Yüksek saflık, pahalı olabilir

2. Plazma Atomizasyonu

• Erimiş metali atomize etmek için plazma gazı kullanır
• Kontrollü partikül şekilleri ve boyutları
• Gaz atomizasyonuna göre daha düşük oksijen alımı

3. Hidrit-Dehidrit (HDH)

• Ezilmiş titanyum hidrür dehidre edilir
• Düzensiz şekiller, büyük partikül boyutları
• Daha düşük maliyet, daha yüksek safsızlıklara sahip olabilir

Teknik Özellikler

Tipik titanyum tozu AM için teknik özellikler:

Partikül boyutu dağılımını, şeklini, kimyasını ve yoğunluğunu kontrol etmek kritik öneme sahiptir.

Titanyum Tozunun Taşınması ve Depolanması

Oksitlenmeyi ve nem toplanmasını önlemek için özel işlem gereklidir:

• Paslanmaz çelik kaplar ve transfer kapları kullanın
• Tozu yalnızca inert gaz eldiven kutularında tutun
• Yüksek saflıkta argon atmosferi kullanın
• Doğrudan hava ve suya maruz kalmaktan kaçının
• Tüm malzeme taşıma ekipmanlarını topraklayın
• 10°C ila 30°C depolama sıcaklıklarını koruyun
• Oksijen emilimini önlemek için yazıcı boştayken toz yatağını dondurun

Uygun depolama, titanyum tozunun yeniden kullanım ömrünü önemli ölçüde uzatır.

Toz Eleme

Tutarlı bir partikül boyutu dağılımı elde etmek için eleme kullanılır:

Avantajlar

• Aglomeraları parçalar
• Uydu parçacıklarını temizler
• Kusur olasılığını azaltır
• Toz akışını ve paketlemeyi iyileştirir

Prosedür

• Tozu 20 mikron civarında ince elekten geçirin
• Rotasyonel veya titreşimli eleme kullanın
• İnert örtü gazı altında gerçekleştirin
• Kalan toz ağırlık yüzdesini belgeleyin

Eleme ile birlikte yüksek kaliteli başlangıç tozu, nihai parça kusurlarını en aza indirir.

Tedarikçiler ve Fiyatlandırma

• Sınıf 1 ve Sınıf 2 alaşımsız tozların maliyeti ~$150-250/kg
• Ti-6Al-4V ve Ti-6Al-7Nb maliyeti ~$250-450/kg
• Özel alaşımların maliyeti $500-650/kg

Fiyatlar sipariş hacmine, kalite seviyesine, mikroyapıya ve morfolojiye bağlıdır.

Yazıcı Kurulumu ve Devreye Alma

Bir titanyum AM yazıcısının kurulması gerekir:

• Kapsamlı temizlik ve sızıntı kontrolleri
• Argon sistemlerinin saflığının kontrolü
• Toz taşıma sisteminin yüklenmesi ve test edilmesi
• Yapı plakasının kalibre edilmesi ve düzleştirilmesi
• Soğutucu, gaz beslemesi, eleme istasyonu entegrasyonu
• Süreç parametrelerinin programlanması
• Kaliteyi doğrulamak için test parçalarının basılması

Satıcılar, ideal makine kurulumunu sağlamak için kurulum desteği sağlar.

Baskı için En İyi Uygulamalar

Yazıcı çalışması:

• Yüksek saflıkta argon seviyelerini koruyun
• Eriyik havuzunun ve termal davranışın dikkatle izlenmesi
• Tüm kritik boyutların doğrulanması
• Filtrelerin ve sarf malzemelerinin düzenli olarak değiştirilmesi
• Yeniden kullanım seviyeleri için tozun izlenmesi

Personel güvenliği:

• Tozla çalışırken solunum maskesi gibi KKD kullanın
• İnce titanyum tozu ile temastan kaçının
• Kullanılmış titanyum tozunun uygun şekilde imhası

Kısmi işlem sonrası:

• Destekleri hassas parçalardan dikkatlice çıkarın
• Alaşım ve uygulamaya göre uyarlanmış ısıl işlem
• Yoğunlukları iyileştirmek için sıcak izostatik presleme
• Gerekirse CNC işleme ve son işlem adımları

Titanyum alaşımlarında hatasız basılmış parçalar elde etmek için tedarikçinin önerdiği prosedürleri takip etmek çok önemlidir.

Bakım ve Denetim

Düzenli bakım faaliyetleri gereklidir:

Günlük:

• Optikleri hasar ve birikintiler açısından inceleyin
• Argon seviyelerini ve oksijen sensörlerini izleyin
• Toz işleme sistemi contalarını ve sensörlerini kontrol edin
• Yapı haznesini temizleyin ve toz kalıntılarını eleyin

Haftalık:

• Enstrümantasyon ve sensörlerin kalibrasyonu
• Hareketli parçaları yağlayın ve inceleyin
• Elektrik terminallerini ve topraklamayı kontrol edin

Aylık:

• Argon sistemi üzerinde sızıntı testleri gerçekleştirin
• Güvenlik cihazlarını ve alarmları inceleyin
• Filtre durumunu kontrol edin ve gerekirse değiştirin
• Genel sistem sağlığını izleyin

Yıllık:

• Önleyici bakım planlayın
• Sarf malzemelerini ve optikleri değiştirin
• Donanım denetimi ve yükseltmeleri

Proaktif bakım, ekipman güvenilirliğini ve ömrünü artırır.

Titanyum Baskı Sisteminin Seçilmesi

Bir titanyum 3D baskı sistemi için temel seçim kriterleri:

1. Üretim Gereklilikleri

• Üretilecek parça tipleri
• İhtiyaç duyulan özelliklere göre malzeme sınıfı
• Gerekli üretim hacimleri
• Hassasiyet ve yüzey kalitesi ihtiyaçları

2. Yazıcı Özellikleri

• Desteklenen ve optimize edilen alaşımlar
• Yapı hızı, hassasiyet ve tekrarlanabilirlik
• İnert gaz kontrolü ve muhafazası
• Otomasyon özellikleri
• Boyut ve kapasite

3. Toz Taşıma Sistemi

• Entegre veya bağımsız
• Eleme, depolama ve yeniden kullanım özellikleri
• Oksijen ve nem için izleme
• Kullanım kolaylığı ve muhafaza

4. Standartlara Uygunluk

• ASTM F2924 gibi endüstri standartları
• Üretici kalite sertifikaları
• CE, FCC uyumluluğu

5. Tedarikçi Kimlik Bilgileri

• Titanyum AM'de özel uzmanlık
• Yerel uygulama mühendisliği desteği
• Operatör eğitimi sunuluyor
• Bakım ve servis sözleşmeleri

Seçeneklerin bu faktörlere göre değerlendirilmesi, üretim ihtiyaçlarını karşılayan ideal titanyum katmanlı üretim sisteminin seçilmesini sağlar.

Titanyum AM'nin Artıları ve Eksileri

Avantajlar

• Mükemmel güç/ağırlık oranı
• Korozyon direnci, biyouyumluluk
• Azaltılmış parçalar, geliştirilmiş performans
• Karmaşık geometrilerin hızlı geri dönüşü
• Özel tasarımlar ve seri üretim
• Talaşlı imalata kıyasla hurdayı azaltır
• Montajları tek bir parça halinde birleştirir

Dezavantajlar

• Yüksek malzeme ve makine maliyeti
• Ek işlem sonrası adımlar
• Maksimum parça boyutuna ilişkin sınırlamalar
• Dahili kusurların kontrolü zor olabilir
• Malzeme özellikleri dövmeye göre değişebilir
• Uzmanlık gerektiren işler

Titanium AM Sorunlarını Giderme

SSS

S: Reaktif titanyum tozu nasıl güvenli bir şekilde kullanılır?

C: İnert gaz eldiven kutuları ve hazneleri kullanmak, havaya maruz kalmaktan kaçınmak ve baskı sırasında uygun argon seviyelerini korumak.

S: Titanyum AM tozu için hangi partikül boyutu kullanılır?

C: Tipik olarak 10-45 mikron, 20-45 mikron dağılım civarında daha sıkı kontrol ile.

S: Hangi işlem sonrası yöntemler kullanılıyor?

C: Destek kaldırma, ısıl işlem, sıcak izostatik presleme ve finiş işleme/parlatma.

S: Hangi kirleticiler titanyum tozunun yeniden kullanımını etkiler?

C: Oksijen, nitrojen, hidrojen ve karbon toplama yeniden kullanım ömrünü azaltır. Sıkı kullanım prosedürleri gereklidir.

S: Titanyum tozu kaç kez tekrar kullanılabilir?

C: Alaşım, kullanım ve depolamaya bağlı olarak tipik olarak 20-100 baskı. Grade 23 titanyum, Grade 5'e göre daha iyi yeniden kullanım sunar.

S: Titanyum AM parçaların ısıl işlemi için hangi sıcaklık kullanılır?

C: Çözelti işlemi beta transus sıcaklığının 50-100°C altında yapılır, ardından yaşlandırma ve hava/fırın soğutması yapılır.

S: Titanyum AM tozu için hangi standartlar geçerlidir?

A: ASTM B801, ASTM F2924, ASTM F3001, ISO 23304 (geliştirme aşamasında).

S: Sıcak izostatik presleme neden kullanılır?

C: HIP, iç boşlukların kapatılmasına ve daha yüksek yoğunluklara ve gelişmiş mekanik özelliklere ulaşılmasına yardımcı olur.

Sonuç

Titanyum tozu, SLM ve EBM gibi AM teknikleri kullanılarak gelişmiş havacılık, tıp, otomotiv ve endüstriyel uygulamalar için son derece güçlü, hafif titanyum bileşenlerin basılmasını sağlar. Geleneksel titanyumdan daha üstün özellikleriyle karmaşık geometriler hızlı ve verimli bir şekilde üretilebilir. Bununla birlikte, hatasız sonuçlar elde etmek için reaktif toz işleme, kontrollü proses parametreleri, eğitimli operatörler ve parça kalifikasyon prosedürleri gereklidir. Uzmanlık daha da geliştikçe, titanyum tozu kullanan AM, daha kısa teslim sürelerinde özelleştirilmiş, yüksek performanslı titanyum parçalar üretmek için benzeri görülmemiş yetenekler sağlar.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin