Mit der rasanten Entwicklung der 3D-Drucktechnologie haben sich auch die Verbrauchsmaterialien für den 3D-Druck, insbesondere 3D-Druck von Metallpulverentwickeln sich ebenfalls rasch. Dazu gehört die Verwendung von Titanpulver und Titanlegierungspulver, Titan-Aluminium-Legierungspulver usw., was besonders bemerkenswert ist.
Sphärisches Titanlegierungspulver ist das am häufigsten verwendete Metall-Pulver Material für den 3D-Druck. Daher konzentriert sich dieser Artikel auf verschiedene Methoden zur Herstellung von kugelförmigen Titanlegierungspulvern und gibt einen Ausblick auf künftige Anwendungen des Materials.
Titanlegierungen haben eine geringe Dichte, hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, einen hohen Schmelzpunkt usw. Es ist eines der am häufigsten verwendeten Metalle für die additive Fertigungstechnologie und wird häufig für Strukturteile in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Biotechnologie verwendet.
Herstellung von Titanlegierungspulver
Wir wissen auch, dass eine der wichtigsten Technologien im 3D-Druck, Selektives Laserschmelzen (SLM)), ist für die Herstellung kleiner, präziser und komplexer Teile geeignet. Diese Technik erfordert eine enge Partikelgröße des Titanlegierungspulvers und setzt ein hohes Maß an Sphärizität, Reinheit und Fließfähigkeit des Pulvers voraus.
Nach einem Vergleich verschiedener gängiger Pulveraufbereitungsmethoden wie Vakuum-Inertgaszerstäubung (VIGA), Elektroden-Induktionsgaszerstäubung (EIGA), Plasma-Rotations-Elektroden-Verfahren (PREP), Plasma-Zerstäubung (PA) und Plasma-Sphäroidisierung (PS) wissen wir, dass mit PREP-Anlagen Titanlegierungspulver mit guter Sphärizität, Fließfähigkeit und Reinheit hergestellt werden kann, das den Anforderungen der Verwendung entspricht.
Das Plasma-Rotations-Elektroden-Verfahren (PREP) ist eine der gebräuchlichsten Methoden für die Herstellung von sphärischen Titanlegierungspulvern. Das Prinzip besteht darin, einen Titanlegierungsstab als selbstverzehrende Elektrode zu verwenden und die Elektrode mit hoher Geschwindigkeit rotieren zu lassen, während das Plasma als Wärmequelle verwendet wird, um die Elektrode allmählich zu schmelzen.
Bei der herkömmlichen Methode der rotierenden Elektrode (REP) wird eine Wolframelektrode verwendet, die bei der Metallzerstäubung ebenfalls korrodieren und als Verunreinigungskomponente in das Pulver gelangen kann.
Im Jahr 1985 hat das Northwest Institute of Non-Ferrous Metals unabhängig die erste PREP-Anlage in China entworfen und entwickelt.
Der Aufbereitungsprozess für die PREP, die sie verwenden, besteht darin, dass die mit hoher Geschwindigkeit rotierende Elektrode (Rohmaterial) durch den Plasmalichtbogen unter dem Schutz der hochreinen inerten Atmosphäre geschmolzen wird und das geschmolzene Metall durch die große Zentrifugalkraft herausgeschleudert wird, um durch die inerte Atmosphäre zerstäubt zu werden und beim Kontakt mit der Innenwand der Kältekammer zu kugelförmigen Pulvern zu kondensieren.
Mit dieser Technologie und diesem System können wir eine hohe Sphärizität des Pulvers (über 90 %), geringe Porosität und Satellitenpulver erhalten. Das ist völlig erfüllt die Anforderungen der Titanlegierung Pulver wir brauchen.
Anwendung von Titanlegierungspulver
Wie bereits erwähnt, werden Pulver aus Titanlegierungen in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, weshalb wir hier nur einige davon auflisten.
Titanlegierungen werden im medizinischen Bereich häufig zur Herstellung von Gelenkimplantaten, Prothesen usw. verwendet. Aufgrund der guten Bearbeitbarkeit von Titanlegierungen lassen sich individuelle Unterschiede zu herkömmlichen Konstruktionen erzielen, was die Anpassungsfähigkeit von Medizinprodukten verbessert. Auch der kurze Verarbeitungszyklus von 3D-gedrucktem Titan hat langfristige Auswirkungen für Patienten mit Krankheiten wie Knochentumoren.
Die hohe Festigkeit, die hohen Temperaturen und die Korrosionsbeständigkeit von Titan und Titanlegierungen haben sie zu einem Newcomer in der Luft- und Raumfahrt gemacht, der sich in den letzten Jahren mit der Entwicklung und Anwendung der 3D-Drucktechnologie rasch durchgesetzt hat. In der Luft- und Raumfahrt sind Titan und Titanlegierungen leichter, fester und dehnbarer als herkömmliche Materialien. Auch seine Korrosionsbeständigkeit macht es für Anwendungen in der Schifffahrt und in der Luftfahrt zunehmend wettbewerbsfähig.
Als wichtiges Verbrauchsmaterial für den 3D-Druck haben die Anwendung und Entwicklung von Titanlegierungen in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Biomedizin die Entwicklung der 3D-Drucktechnologie vorangetrieben.
Die Entwicklungsperspektiven der Titanlegierungspulver
Die additive Fertigung, die von einigen als vierte technologische Revolution bezeichnet wird, gilt in der Branche bereits als eine der modernsten und vielversprechendsten technologischen Entwicklungen im Bereich der intelligenten Fertigung, und die Entwicklung von metallischen Werkstoffen als Verbrauchsmaterial für den Druck hat daraufhin rasch zugenommen.
Nach Angaben des Beratungsunternehmens SmarTech wird der Weltmarkt für die additive Fertigung von Metallpulvern bis 2024 voraussichtlich 11 Milliarden US-Dollar erreichen.
Titan und Titanlegierungen werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Festigkeit und Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, geringen Dichte und Biokompatibilität in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Biomedizin und in anderen Bereichen eingesetzt, und die Marktnachfrage ist sehr vielversprechend.
Die Anwendung und Entwicklung der Plasmatechnologie bietet technische Unterstützung für die Herstellung von Titanlegierungspulver.
Obwohl das Verfahren mit rotierenden Plasmaelektroden durch Faktoren wie die Elektrodengeschwindigkeit und die grobe Partikelgröße des gewonnenen Pulvers begrenzt ist, arbeiten einige Forschungsinstitute für Pulverherstellungsanlagen an der Lösung dieses Problems.
Mit der Entwicklung und Förderung von Plasmadrehvorrichtungen werden die Kosten für Titan- und Titanlegierungspulver im Bereich des 3D-Drucks allmählich sinken und die breite Anwendung von Metallpulver im Bereich der additiven Fertigung fördern.
Wir haben Grund zu der Annahme, dass der 3D-Druck unser Leben in Zukunft in vielen weiteren Bereichen verändern wird, und die Herstellung und Entwicklung von Titanlegierungspulver wird diesen Prozess nachhaltig beeinflussen.