3d baskı tungsten: Tedarikçiler, Avantajlar, Gelecek

Bu Gönderiyi Paylaş

İçindekiler

Genel Bakış 3d baskı tungsten

Wolfram olarak da bilinen tungsten, mükemmel yüksek sıcaklık dayanımına sahip sert, yoğun bir metaldir ve yüksek sertlik, aşınma direnci veya 1000°C'ye kadar yüksek sıcaklık performansı gerektiren uygulamalar için idealdir. Tungsten 19,3 g/cm3 yoğunluğa sahiptir, bu da onu çelikten iki kat daha yoğun ve yoğunluk olarak saf uranyuma yakın yapar.

tungsten ve tungsten alaşımlarının 3D baskısı, parçaların geleneksel üretim yöntemleriyle mümkün olmayan karmaşık geometrilerde üretilmesine olanak tanır. Tungsten'in yüksek sertliği ve aşınma direnci, onu 3D baskı kalıp takımları, elektrotlar, radyasyon koruma bileşenleri, balast ağırlıkları ve yüksek yoğunluklu malzeme özellikleri gerektiren diğer uygulamalar için uygun hale getirir.

Tungsten, seçici lazer eritme (SLM) ve elektron ışını eritme (EBM) dahil olmak üzere toz yatağı füzyon teknolojileri kullanılarak 3D yazdırılabilir. Her iki yöntem de katı bir 3D parça oluşturmak için tungsten tozu katmanlarını seçici olarak eriterek çalışır. Aşağıdakiler için önemli hususlar 3d baskı tungsten parça tasarımı, toz seçimi, baskı işlemi parametreleri, işlem sonrası ve malzeme özelliklerini içerir.

Bu makale, tungsten kaplama ile 3D baskı için eksiksiz bir kılavuz sağlar:

  • 3D baskılı tungsten parçaların temel uygulamaları
  • Tungsten metal tozlarının türleri
  • Seçici lazer ergitme ve elektron ışını ergitme prosesine genel bakış
  • Baskı parametreleri ve dikkat edilecek noktalar
  • İşlem sonrası prosedürler
  • Mekanik özellikler ve mikroyapı
  • Tedarikçiler ve maliyet analizi
  • Tasarım ilkeleri ve sınırlamalar
  • Alternatif üretim süreçleriyle karşılaştırma
  • Teknolojinin avantajları ve dezavantajları

3D Baskılı Tungsten Parçaların Temel Uygulamaları

Tungsten, yüksek yoğunluk, sertlik, sertlik ve sıcaklık direnci gerektiren ürünler için 3D baskıda uygulanır. Tipik uygulamalar şunları içerir:

UygulamaAçıklama
Radyasyon kalkanıTungsten’in yoğunluğu zararlı gama ve x-ışınlarını engeller. Tıbbi, nükleer ve havacılık alanlarında kullanılır.
Titreşim sönümlemeTungsten’in yoğunluğu titreşimleri etkili bir şekilde sönümler. Hassas aletler için kullanılır.
Balast ağırlıklarıYüksek yoğunluk sistemleri hassas bir şekilde dengeler ve kalibre eder.
Elektrot kontaklarıArk oluşumuna karşı dayanıklıdır. Elektrik kontaklarında ve vakum kesicilerde kullanılır.
OtomotivYüksek performanslı otomobil bileşenlerinde tungsten alaşımları.
MadencilikAşınmaya dayanıklı tungsten karbür madencilik ve delme aletleri.
Havacılık ve UzayRoket nozulları, türbin kanatları ve diğer yüksek sıcaklık bileşenleri.
AskeriKinetik enerji deliciler, zırh delici mühimmat.
TıbbiYüksek sertlikte neşterler, dişçilik aletleri, kemik vidaları.

3D baskı, eksiltmeli işleme ile mümkün olmayan karmaşık tungsten parça geometrilerini mümkün kılar ve yüksek performanslı metal özelliklerine ihtiyaç duyan endüstrilerdeki uygulamaları genişletir.

3d baskı tungsten
3d baskı tungsten: Tedarikçiler, Avantajlar, Gelecek 3

3D Baskı için Tungsten Metal Tozu Türleri

Tungsten, toz yatağı füzyon 3D baskı işlemlerinde kullanılmak üzere farklı toz türlerinde mevcuttur:

Toz TipiAçıklamaParçacık ŞekliParçacık Boyutu
Saf tungstenElemental tungsten, ,9 saflıktaKüresel15-45 mikron
Tungsten karbürTungsten karbür-kobalt sermetKüresel/düzensiz45-150 mikron
Tungsten alaşımlarıNikel, demir veya bakır ile ağır tungsten alaşımlarıKüresel15-45 mikron

Saf tungsten, tungsten alaşımlarına kıyasla daha yüksek erime sıcaklığı nedeniyle lazer toz yatağı füzyonu için tercih edilir. Tungsten karbür kaliteleri bir kobalt bağlayıcı içerir ve daha serttir ancak işlenmesi daha zordur. EBM için 150 mikrona kadar daha kaba tozlar kullanılabilir.

Küresel tozlar daha iyi akış ve paketleme yoğunluğu sağlar. Daha küçük partikül boyutları 45 mikronun altında çözünürlüğü, yüzey kalitesini ve sinterlemeyi iyileştirir. Bununla birlikte, çok ince tozların işlenmesi tozun yanıcılığına karşı dikkatli olunmasını gerektirir.

Tungsten için Seçici Lazer Eritme Sürecine Genel Bakış

Seçici lazer eritme (SLM), 3D nesneleri katman katman oluşturmak için bir tungsten toz yatağının bölgelerini seçici olarak kaynaştırmak için bir lazer ışını kullanır. İşlem, oksidasyonu önlemek için oksijen seviyeleri %0,1'in altında olan bir inert gaz odası içinde gerçekleşir.

SLM Süreç Adımları:

  • Tungsten tozu, bir yeniden kaplayıcı kol kullanılarak bir yapı plakası boyunca ince katmanlar halinde yayılır.
  • Lazer ışını her katmanı izleyerek tozu erime noktasının üzerine kadar ısıtır ve kaynaşmış katı bölgeler oluşturur.
  • Yapı plakası hafifçe aşağı iner ve yeni toz katmanı önceki katmanın üzerine yayılır.
  • Adımlar, tungsten metal tozundan tam parça oluşana kadar tekrarlanır.
  • Eritilmemiş toz, baskı sırasında çıkıntıları ve alt kesimleri destekler ve baskı sonrasında geri dönüştürülür.
  • Lazerle eritilen lokalize toz noktalarından 3000°C'ye kadar yüksek sıcaklıklar elde edilir.
  • Parçalar daha sonra toz kekinden çıkarılır ve sonradan işlenir.

SLM, döküm veya işleme ile mümkün olmayan karmaşık geometrilerin doğrudan bir 3D CAD modelinden yazdırılmasına olanak tanır. İnce 0,02-0,05 mm çözünürlük ve pürüzsüz yüzeyler elde edilir.

Tungsten için Temel SLM Baskı Süreci Parametreleri

SLM baskı parametrelerini optimize etmek, kontrollü mikroyapı ve mekanik özelliklere sahip yüksek yoğunluklu tungsten parçalar elde etmek için kritik öneme sahiptir.

Yazdırma ParametresiTipik AralıkRol
Lazer gücü (W)100-400 WTozu verimli bir şekilde eritir. Daha yüksek güç, yapı oranını artırır.
Tarama hızı (mm/s)100-1000 mm/sHer katmandan geçen lazerin hızı. Enerji girişini etkiler.
Kapak aralığı (μm)50-200 μmTarama çizgileri arasındaki mesafe. Örtüşmeyi ve yoğunlaştırmayı etkiler.
Tabaka kalınlığı (μm)20-100 μmİnce katmanlar çözünürlüğü artırır ancak yapıları yavaşlatır.
Odak kayması (mm)0 ila -2 mmDaha geniş eriyik havuzu ve daha iyi katman bağlanması için noktayı odaktan çıkarır.
Ön ısıtma sıcaklığı (°C)100-400 °CIsıl gerilmeleri azaltmak için toz yatağını ısıtır. Katman yapışmasını iyileştirir.

Bu parametreler, dik termal gradyanlardan kaynaklanan artık gerilmeleri en aza indirirken erime için yeterli enerji sağlayacak şekilde dengelenmelidir.

SLM Tungsten Parçaları için İşlem Sonrası Yöntemler

SLM oluşturma işleminden sonra, bitmiş bir tungsten parçası elde etmek için ek işlem sonrası gereklidir:

  • Toz yatağından çıkarma – Parçalar, çevreleyen konsolide olmayan tozdan dikkatlice çıkarılır.
  • Destek giderme – Destekler parçadan manuel olarak kesilir veya kimyasal olarak çözülür.
  • Termal gerilim azaltma – 1000-1500°C'de tavlama artık gerilmeleri azaltır ve sünekliği artırır.
  • Sıcak izostatik presleme – 2000°C'nin üzerinde HIPing işlemi mikro yapıyı daha da yoğunlaştırır.
  • Talaşlı İmalat – CNC frezeleme daha sıkı toleranslar ve yüzey kalitesi sağlar.
  • Yüzey işlemleri – Metal kaplama veya parlatma yüzey özelliklerini geliştirebilir.

Uygun son işlem, baskılı durumdan sonra gerekli boyutsal doğruluğu, mikro yapıyı ve malzeme özelliklerini elde etmenin anahtarıdır.

SLM Tungsten'in Mekanik Özellikleri

Seçici lazer eritme, dövme eşdeğerlerine yaklaşan özelliklere sahip neredeyse tamamen yoğun tungsten parçalar üretir:

MülkiyetSLM TungstenDövme Tungsten
Yoğunluk99'un üzerinde teorik99.9%
Çekme mukavemeti450 ila 650 MPa550 MPa
Akma dayanımı400 ila 500 MPa500 MPa
Uzama3 ila %810%
Sertlik300 ila 400 HV340 HV
Termal iletkenlik140 ila 180 W/mK174 W/mK

Hızlı katılaşmadan kaynaklanan ultra ince mikroyapı, çok yüksek sertlik ve mukavemet ile sonuçlanır. Bununla birlikte, çatlamaya duyarlı tungsten, sünekliği artırmak için sıcak izostatik presleme ve tavlamaya ihtiyaç duyar.

SLM Tungsten'in Mikroyapısı

Üretilmiş SLM tungstenin mikroyapısı, yapı yönü boyunca 5 ila 10 mikron genişliğinde ve birkaç yüz mikron uzunluğunda ince sütunlu β-tungsten tanelerinden oluşur.

Kolonlar içinde, lazer tarama sırasında karmaşık termal döngüden kaynaklanan 500 nm genişliğe kadar hücresel alt tane yapıları gözlenir. Mikroyapı, nano ölçekli gözenekler ve tane sınırları arasında erimemiş parçacıklar ile yüksek dislokasyon yoğunluğu içerir.

İşlem sonrası tavlama, bu sütunlu yapıyı, iç gerilimleri ve dislokasyon yoğunluğunu azaltarak 50 mikron genişliğinde daha homojen ve daha iri tungsten taneleri halinde yeniden kristalleştirir.

Seçici Lazer Ergitme ve Elektron Işını Ergitme

Elektron ışını eritme (EBM), lazer yerine elektron ışını ısı kaynağı kullanan alternatif bir toz yatağı füzyon işlemidir.

KarşılaştırmaSLMEBM
Isı kaynağıLazerElektron ışını
AtmosferArgonVakum
Işın kontrolüGalvo tarayıcıElektromanyetik bobinler
Maksimum yapı boyutu250 x 250 x 300 mm200 x 200 x 350 mm
Çözünürlük50 μm70 μm
Doğruluk+/- 100 μm+/- 150 μm
Yüzey finisajıYapıldığı gibi pürüzlü, işlemeden sonra pürüzsüzPürüzlü doku

SLM'nin hızlı ışın taraması, daha ince çözünürlük ve yüzey kalitesi sağlar. EBM’nin avantajı, daha yüksek üretim hızı ve vakumda daha basit toz işlemedir.

3D Baskı için Tungsten Tozu Tedarikçileri

Çeşitli üreticiler toz yatağı füzyon 3D baskı için tungsten tozları tedarik etmektedir:

TedarikçiToz ÇeşitleriParçacık BoyutuFiyatlandırma
Buffalo TungstenSaf tungsten, tungsten karbür10-44 μm100-200 $/kg
Midwest TungstenSaf tungsten10-40 μm80-250 ABD Doları/kg
H.C. StarckSaf tungsten, tungsten alaşımları15-45 μm$150-$350/kg
Nanjing TungstenSaf tungsten15-45 μm$100-$250/kg
Tyranna KaynaklarıSaf tungsten45 μm'nin altında$250-$400/kg

Toz maliyeti düşük saflıkta 80 $/kg ile yüksek hassasiyetli kaliteler için 400 $/kg arasında değişmektedir. Önemli miktarda malzeme, üretim sırasında eritilmemiş toz olarak israf edilir.

3D Baskılı Tungsten Parçaların Maliyet Analizi

İşte tungsten parçaların SLM üretimi için maliyetlerin bir dökümü:

Maliyet BileşeniTipik Tahmin
Tungsten tozukg başına 100-250$
Diğer hammaddeleryapı başına $2-$10
Makine ücretlerisaat başına $50-$150
İşgücüsaat başına $40-$100
Son İşlemparça başına $20-$50
Toplam parça maliyetikarmaşık büyük parçalar için 100g başına 100$'dan 5000$'a kadar

100 g'ın altındaki küçük parçalar için parça başına 100 $ maliyet bekleyin. Daha büyük ve karmaşık parçalar, uzun yapım süreleri ve önemli hammadde tüketimi nedeniyle 5000 dolara kadar mal olabilir.

Talaşlı imalatla karşılaştırıldığında, tungstende 3D baskı daha yüksek parça maliyetlerine sahiptir, ancak daha önce imkansız olan parça geometrilerini mümkün kılar.

SLM Tungsten Parçaları için Tasarım İlkeleri

Optimum parça tasarımı, 3D baskının yeteneklerinden yararlanmak ve tungsten ile çalışırken kusurları önlemek için kritik öneme sahiptir:

  • Artık gerilmelerden kaynaklanan çatlamayı önlemek için 2 mm'den daha kalın duvarlar ve yapılar kullanın.
  • Destek yapıları gerektiren sarkık geometrileri en aza indirin.
  • Gerilim yoğunlaşmalarını önlemek için kabartma delikleri, yuvarlaklar veya filetolar ekleyin.
  • Toz kaldırmayı iyileştirmek için kapalı hacimleri kafes yapılar olarak tasarlayın.
  • Desteklenmeyen çıkıntıları en aza indirmek ve deformasyona eğilimli uzun ince bölümlerden kaçınmak için parçaları yönlendirin.
  • 100 μm baskı toleransını hesaba katın ve parçaları buna göre ölçeklendirin.
  • Hassas uyum elde etmek için işleme sonrası için eşleşme yüzeyleri tasarlayın.
  • Tasarım özgürlüğünden yararlanın – montajları tek bir karmaşık parça halinde birleştirin.

Tasarım sırasında yüksek artık gerilme alanlarını belirlemek için termal ve yapısal simülasyonlar gerçekleştirin. Son işlem sırasında hasara eğilimli hassas özelliklerden kaçının.

Tungsten ile 3D Baskı Yaparken Karşılaşılan Sınırlamalar

Avantajlarına rağmen tungsten, toz yatağı füzyon prosesleri için de zorluklar teşkil etmektedir:

  • Yüksek yoğunluklu tungsten lazer enerjisini yansıtarak emilimi ve yapı oranlarını sınırlandırır.
  • Düşük ısı iletkenliği ısı birikimine yol açarak parçaları bozar.
  • Yüksek sıcaklıklar ve işleme sırasında oksijen/azot ile reaktivite.
  • Parçalar, çatlamaya eğilimli kırılgan baskılı mikro yapılara maruz kalır.
  • Dövülmeye yakın özellikler elde etmek için önemli ölçüde son işlem gereklidir.
  • Maksimum parça boyutu yazıcı üretim hacmi ile sınırlandırılmıştır.
  • Dikey yüzeyler kötü finisaja sahiptir ve işlenmeleri gerekir.
  • Nispeten pahalı toz malzeme maliyetleri artırır.

Yüksek kaliteli tungsten bileşenlerini başarılı bir şekilde basmak için dikkatli süreç kontrolü gereklidir.

3d baskı tungsten
Hazırlanmış Metal Tozları

Avantajları 3d baskı tungsten Parçalar

Tungsten ile katmanlı üretimin temel faydaları şunlardır:

  • Karmaşık geometriler – Döküm veya tungsten işleme ile mümkün olmayan karmaşık tasarımlar üretin.
  • Konsolide montajlar – Birden fazla bileşeni tek bir basılı parçaya entegre edin.
  • Kitlesel özelleştirme – Her uygulama için tasarımları kolayca değiştirin ve optimize edin.
  • Ağırlık azaltma – Eksiltici yöntemlerle mümkün olmayan hafif kafesler ve iç yapılar oluşturun.
  • Yüksek sertlik – As-baskılı parçalar 400 HV sertliğe kadar ulaşır.
  • Hızlı geri dönüş – Geleneksel takımlama yöntemlerine kıyasla geliştirme süresini kısaltın.
  • Parça konsolidasyonu – Montajları tek bir karmaşık bileşen halinde birleştirin.
  • Sıfır atık – Erimemiş toz hurdaya ayrılmak yerine yeniden kullanılır.

3D baskı, yüksek performanslı metal özellikleri gerektiren sektörlerde tungsten için yenilikçi yeni uygulamaların kilidini açar.

Dezavantajlar & amp; 3d baskı tungsten sınırlamaları

  • Yüksek maliyet – Tungsten tozu pahalıdır. Yapılarda önemli ölçüde kullanılmayan toz israf edilir.
  • Düşük süneklik – As-baskılı tungsten, işlem sonrası olmadan çatlamaya eğilimlidir.
  • Sınırlı boyut – Yazıcı yapı hacimleri maksimum parça boyutlarını kısıtlar.
  • Pürüzlü yüzeyler – Dikey yüzeyler kötü finisaja sahip ve işlenmeleri gerekiyor.
  • Uzun süreç – Üretim hacimleri için baskı ve işlem sonrası süre yavaştır.
  • Parametre hassasiyeti – Hatasız yapılara ulaşmak için kapsamlı ince ayarlar yapılması gerekir.
  • Güvenlik sorunları – Tungsten tozu kullanımı yanıcılığa karşı koruyucu ekipman gerektirir.

3d baskı tungsten, performansın maliyetten daha ağır bastığı karmaşık, yüksek değerli parçaların düşük hacimli üretimi için en uygunudur.

3d baskı tungsten'in geleceği

Tungsten ile katmanlı üretimde daha fazla büyüme görülecektir:

  • Mevcut tungsten alaşımları ve kompozitlerin yelpazesinin genişletilmesi.
  • Daha büyük makine yapı boyutları daha büyük basılı parçalara olanak sağlar.
  • Geliştirilmiş toz yeniden kullanımı ve geri dönüşümü malzeme maliyetlerini düşürür.
  • Baskı ve işlemeyi birleştiren hibrit üretim.
  • Süreç-mikroyapı-özellik ilişkilerinin daha iyi anlaşılması.
  • Havacılık, savunma, otomotiv ve tıp sektörlerinde yeni uygulamalar.
  • Ağa yakın şekilli büyük parçaların basılması için yönlendirilmiş enerji biriktirme (DED) süreçleri.
  • Baskı parametrelerinin, niteliklerin ve sertifikaların standartlaştırılması.

Artan benimseme ile 3D baskılı tungsten bileşenleri prototiplemeden daha geniş üretim kullanım durumlarına geçecektir.

Sonuç

3D baskı, geleneksel teknikler kullanılarak mümkün olmayan karmaşık geometrilere sahip yüksek performanslı tungsten bileşenleri üretmek için yenilikçi bir yöntem sunar. Uygulamalar radyasyon kalkanı ve balast ağırlıklarından elektrotlara ve havacılık bileşenlerine kadar uzanmaktadır.

Seçici lazer eritme işlemi, toz katmanlarından neredeyse tamamen yoğun tungsten parçaları üretebilir, ancak baskı parametrelerinin ve işlem sonrası işlemlerin dikkatli bir şekilde optimize edilmesi özellikler ve performans için çok önemlidir. Maliyet hala bir sınırlama olsa da, 3D baskılı tungsten, endüstriler arasında yeni tasarımların ve özelleştirme olanaklarının kilidini açıyor.

Süreçler gelişmeye devam ettikçe ve yeni tungsten alaşımları geliştirildikçe, eklemeli üretim ultra yüksek yoğunluk, sertlik, sertlik ve ısı direnci özellikleri gerektiren parçalar için artan kullanım alanları bulacaktır.

SSS

İşte tungsten ile 3D baskı hakkında bazı yaygın soruların yanıtları:

Temel faydaları nelerdir? 3d baskı tungsten parçalar mı?

3D baskının temel avantajları tasarım özgürlüğü, kitlesel özelleştirme, birleştirilmiş montajlar, hafif kafesler, hızlı prototipleme ve işleme veya döküm ile mümkün olmayan karmaşık geometrilere olanak sağlamasıdır.

Hangi metal 3D baskı yöntemleri tungsten işleyebilir?

Seçici lazer eritme (SLM) ve elektron ışını eritme (EBM) toz yatağı füzyon süreçleri şu anda tungsten basmak için kullanılmaktadır.

3D baskılı tungsten parçaları hangi sektörlerde kullanılır?

Havacılık, savunma, otomotiv, tıp, elektronik ve nükleer endüstrileri 3D baskılı tungsten bileşenleri uygulamaktadır.

3D baskı için ne tür tungsten tozu kullanılabilir?

10-45 mikron boyut aralığında saf tungsten, tungsten karbür-kobalt ve tungsten ağır alaşım tozları. Küresel tozlar en iyi sonuçları verir.

Basılı tungsten herhangi bir son işlem gerektiriyor mu?

Sünekliği, yoğunlaşmayı, toleransları ve yüzey kalitesini iyileştirmek için gerilim giderme, sıcak izostatik presleme ve işleme gibi son işlemlere ihtiyaç vardır.

Basılı tungstenin özellikleri geleneksel tungstene kıyasla nasıldır?

Dikkatle işlenmiş baskılı tungsten yoğunluğa ulaşabilir ve neredeyse işlenmiş malzeme mukavemeti ve sertliği ile eşleşebilir. Süneklik biraz daha düşüktür.

Son kullanım 3D baskılı tungsten parçalarına bazı örnekler nelerdir?

Nozul uçları, elektrotlar, radyasyon kalkanları, karşı ağırlıklar, yüksek yoğunluklu balast, dengeleme bileşenleri ve tungsten ağır alaşımları kullanan metal kesme aletleri.

Hangi boyutta tungsten parçalar 3D yazdırılabilir?

Mevcut toz yatağı sistemleri yaklaşık 250 x 250 x 300 mm'ye kadar maksimum bileşenlere izin vermektedir, ancak daha büyük sistemler geliştirilmektedir.

3D baskılı tungsten üretim kullanımı için uygun fiyatlı mı?

Orta büyüklükteki parçalar için tungsten baskı maliyeti 100-5000 dolar arasındadır. Daha büyük hacimli üretim hala yüksek toz maliyetleri ile sınırlıdır.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin

Bültenimize Abone Olun

Güncellemeleri alın ve en iyilerden öğrenin

Keşfedilecek Daha Fazla Şey

Scroll to Top