Tungsten 3D Baskı: Özellikler, Fiyatlandırma, Avantajlar

Tungsten ve tungsten alaşım tozları, lazer toz yatağı füzyonu (LPBF) ve elektron ışını eritme (EBM) kullanarak mükemmel mekanik ve termal özelliklere sahip yüksek yoğunluklu bileşenlerin basılmasını sağlar. Bu kılavuzda tungsten metal 3D baskıya genel bir bakış sunulmaktadır.

Giriş Tungsten 3D Baskı

Tungsten, katkılı üretim için benzersiz bir malzemedir:

• Olağanüstü yüksek yoğunluk - 19 g/cm3
• Yüksek sertlik ve mukavemet
• Mükemmel ısı iletkenliği
• 3422°C'lik yüksek erime noktası
• Zorlu işlenebilirlik ve işlenebilirlik

Baskılı tungsten parçaların temel uygulamaları:

• Radyasyon kalkanı
• Havacılık ve motor sporları bileşenleri
• Radyoterapi cihazları ve kolimatörler
• Diş direkleri gibi tıbbi implantlar
• Karşı ağırlıklar ve balans bileşenleri
• Elektrik kontakları ve ısıtma elemanları

AM için yaygın tungsten alaşımları:

• Ni, Fe, Cu, Co ile Tungsten ağır alaşımları
• Tungsten karbürler
• Potasyum katkılı tungsten oksitler

Saf Tungsten Tozu

Saf tungsten tozu en yüksek yoğunlukları sağlar:

Özellikler:

• Yoğunluk 19,3 g/cm3
• Mükemmel radyasyon engelleme ve kalkanlama
• 400 Hv'ye kadar yüksek sertlik
• 1200 MPa'ya kadar mukavemet
• Erime noktası 3422°C
• İyi elektrik ve ısı iletkenliği

Uygulamalar:

• Tıbbi radyasyon kalkanı
• X-ışını kolimatörleri ve apareyleri
• Havacılık karşı ağırlıkları
• Motor sporlarında titreşim sönümleme
• Elektrik kontakları ve ısıtıcılar

Tedarikçiler: TRU Group, Buffalo Tungsten, Midwest Tungsten

Tungsten Ağır Alaşımlar

Nikel, demir ve bakır içeren ağır tungsten alaşımları ideal yoğunluk, mukavemet ve süneklik dengesi sağlar:

Ortak notlar:

• WNiFe (90W-7Ni-3Fe)
• WNiCu (90W-6Ni-4Cu)
• WNi (90W-10Ni)

Özellikler:

• Yoğunluk 17-18 g/cm3
• 1 GPa'ya kadar dayanım
• İyi korozyon ve aşınma direnci
• Yüksek sıcaklık dayanımı

Uygulamalar:

• Otomotiv ve motor sporları bileşenleri
• Havacılık ve savunma sistemleri
• Titreşim sönümleme ağırlıkları
• Radyasyon kalkanı
• Diş direkleri gibi tıbbi implantlar

Tedarikçiler: Sandvik, TRU Group, Nanosteel

Tungsten Karbürler

Tungsten karbür tozları aşınmaya son derece dayanıklı parçalar basar:

Türleri

• 6-15% kobalt içeren WC-Co sert metaller
• WC-Ni semente karbürler
• WC-CoCr sermetler

Özellikler

• 1500 HV'ye kadar sertlik
• 5 GPa üzerinde basınç dayanımı
• Yüksek Young modülü
• Mükemmel aşınma ve erozyon direnci

Uygulamalar

• Kesici takımlar ve matkap uçları
• Aşınma parçaları ve contalar
• Balistik zırh bileşenleri
• Metal şekillendirme ve damgalama aletleri

Tedarikçiler: Sandvik, Nanosteel, Buffalo Tungsten

Katkılı Tungsten Oksitler

K2W4O13 gibi potasyum katkılı tungsten oksitler benzersiz elektriksel özellikler sağlar:

Özellikler

• Yarı iletken davranış
• Katkı seviyeleri ile ayarlanabilen elektriksel iletkenlik
• 9 g/cm3'e kadar yüksek yoğunluk
• Yüksek radyasyon kararlılığı

Uygulamalar

• Elektronik ve elektrikli bileşenler
• Elektrotlar, kontaklar ve dirençler
• Termoelektrik jeneratörler
• Radyasyon dedektörleri

Tedarikçiler: Inframat İleri Malzemeler

Malzeme Özellikleri Karşılaştırması

Tungsten Tozu Üretim Yöntemleri

1. Hidrojen İndirgeme

• En yaygın ve ekonomik süreç
• Hidrojen ile indirgenmiş tungsten oksit
• Düzensiz toz morfolojisi

2. Plazma Sferoidizasyonu

• Toz şeklini ve akışkanlığını iyileştirir
• Hidrojen indirgemesinden sonra yapılır
• Yüksek saflık sağlar

3. Plazma Atomizasyonu

• Üstün toz küreselliği ve akışı
• Partikül boyutu dağılımı üzerinde kontrol
• Gaz atomizasyonuna göre daha düşük oksijen alımı

4. Kimyasal Buhar Sentezi

• Ultra ince nano ölçekli tungsten tozları
• Küçük partikül boyutları ile yüksek saflık
• Tungsten oksit tozları için kullanılır

Tungsten için Yazıcı Teknolojisi

Lazer Toz Yatağı Füzyonu (LPBF)

• Yüksek güçlü fiber lazerler > 400W
• İnert argon atmosferi
• Hassas eriyik havuzu kontrolü kritik önem taşır

Elektron Işınıyla Eritme (EBM)

• Güçlü elektron ışını > 3kW
• Yüksek vakum ortamı
• Yüksek yoğunluklu malzemeler için en uygun olanı

Binder Jetting

• Tozu seçici olarak birleştirmek için kullanılan yapışkan bağlayıcı
• Tam yoğunluk için işlem sonrası gerekli
• LPBF ve EBM'ye kıyasla daha düşük parça mukavemeti

LPBF ve EBM, yüksek yoğunluklu tungsten bileşenlerin basılmasına olanak tanır.

Teknik Özellikler

AM için tipik tungsten tozu özellikleri:

Partikül boyutu dağılımı ve morfoloji gibi toz özelliklerini kontrol etmek, yüksek yoğunluklu baskılar için kritik öneme sahiptir.

Baskı Süreci Geliştirme

Tungsten için LPBF proses parametrelerinin optimizasyonu:

• Çatlamayı kontrol etmek için ön ısıtma - tip. 100-150°C
• Hassas kontrol ile yüksek lazer gücü > 400W
• 20-30μm civarında küçük tabaka kalınlığı
• Stresi en aza indirmek için tarama stratejileri
• Baskı sonrası kontrollü soğutma

EBM için:

• Toz sinterlemek için >600°C'ye kadar ısıtma
• Küçük nokta boyutu ile yüksek ışın akımı
• Tam erime için daha düşük tarama hızları
• Termal gradyanların en aza indirilmesi

Özellikleri karakterize etmek için test baskıları gereklidir.

Tedarikçiler ve Fiyatlandırma

• Saf tungsten kg başına ~$350 ila $850 arasındadır
• Ağır alaşımların kg başına maliyeti ~$450 ila $1000
• Kg başına $1500'e kadar katkılı oksitler

Fiyatlandırma saflığa, morfolojiye, toz kalitesine ve sipariş hacmine bağlıdır.

İşlem Sonrası

Tungsten AM parçaları için tipik işlem sonrası adımlar:

• EDM veya su jeti kullanarak destek kaldırma
• Boşlukları ortadan kaldırmak için sıcak izostatik presleme
• Düşük eriyikli alaşımlarla infiltrasyon
• Yüzey kalitesini iyileştirmek için işleme
• Gerekirse diğer bileşenlerle birleştirme

Nihai parça kalitesine ulaşmak için uygun işlem sonrası süreç hayati önem taşır.

Baskılı Tungsten Bileşenlerinin Uygulamaları

Havacılık ve Uzay: Türbin kanatları, uydu bileşenleri, karşı ağırlıklar

Otomotiv: Dengeleme ağırlıkları, titreşim sönümleme parçaları

Tıbbi: Radyasyon kalkanı, kolimatörler, diş implantları

Elektronik: Soğutucular, elektrik kontakları, dirençler

Savunma: Radyasyon kalkanı, balistik koruma

Baskılı tungsten bileşenler, farklı sektörlerdeki zorlu uygulamalarda performans iyileştirmeleri sağlar.

Tungsten AM'nin Artıları ve Eksileri

Avantajlar

• Radyasyon kalkanı için yüksek yoğunluk
• Mükemmel güç ve sertlik
• İyi termal ve elektriksel özellikler
• Özelleştirilmiş geometriler
• Birden fazla parçayı birleştirir

Dezavantajlar

• İşlenmesi zor ve pahalı
• Destek gerektiren kırılgan malzeme
• Düşük süneklik ve kırılma tokluğu
• Özel ekipman gerektirir

Yazdırma Sorunlarını Giderme

SSS

S: Tungsten baskı tozu için kullanılan tipik partikül boyutu nedir?

C: 15-45 mikron yaygındır ve 20-35 mikron civarında partikül boyutu dağılımı sıkı bir şekilde kontrol edilir.

S: Basılı tungsten parçalarda ne düzeyde gözeneklilik beklenebilir?

C: 1%'den daha az gözeneklilik tipik olarak proses optimizasyonu ve sıcak izostatik presleme yoluyla elde edilir.

S: Hangi alaşımlar yoğunluk ve mekanik özellikler arasında iyi bir denge sağlar?

C: 6-10% Ni, Fe ve Cu içeren Tungsten ağır alaşımları, iyi süneklik ve kırılma tokluğu ile yüksek yoğunluk sağlar.

S: Basılı tungsten parçalarda hangi son işlemler gereklidir?

C: Destek kaldırma, sıcak izostatik presleme, infiltrasyon ve işleme yaygın olarak kullanılan baskı sonrası işlemlerdir.

S: Hangi ön ısıtma sıcaklıkları kullanılıyor?

C: LPBF için, artık gerilmeleri ve çatlamayı azaltmak için 150°C'ye kadar ön ısıtma yaygındır.

S: Tungsten tozunu kullanırken hangi güvenlik önlemleri gereklidir?

C: Uygun KKD kullanın, solumaktan kaçının ve tedarikçi tarafından önerilen güvenli toz işleme prosedürlerini izleyin.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin

S: Tungsten baskı tozunu nitelemek için hangi standartlar kullanılıyor?

C: ASTM B809, ASTM F3049 ve MPIF Standart 46 kimyasal analiz, numune alma ve testleri kapsar.

Sonuç

Tungsten ve alaşımları, LPBF ve EBM gibi gelişmiş 3D baskı süreçlerini kullanarak rakipsiz sertlik, güç, sertlik ve termal özelliklere sahip yüksek yoğunluklu bileşenlerin katkılı üretimini sağlar. Ultra yüksek erime noktası, yoğunluğu ve radyasyon engelleme yetenekleriyle, basılı tungsten bileşenleri havacılık, motor sporları, tıp, savunma ve elektronik uygulamalarında kullanım alanı bulmaktadır. Bununla birlikte, zorlu basılabilirlik ve işlem sonrası gereksinimler, tam yoğunlaştırma ve ideal malzeme özellikleri elde etmek için titiz süreç kontrolü ve parametre optimizasyonu gerektirir. Tungsten baskı konusundaki uzmanlık ve deneyim geliştikçe, geleneksel üretim sınırlamalarını aşan yeteneklere sahip yüksek performanslı bileşenler üretmek için benzersiz avantajlarından yararlanılabilir.