3D Baskı Titanyum Tozu

Bu Gönderiyi Paylaş

İçindekiler

3 boyutlu baskı titanyum tozu havacılık, otomotiv, tıp ve diğer gelişmiş uygulamalar için karmaşık ve dayanıklı parçaların 3D baskısı için ideal olan güçlü, hafif ve korozyona dayanıklı bir metaldir. Bu makale, titanyum ile katkı üretimi için titanyum tozu metalurjisi, özellikleri, uygulamaları ve tedarikçilerine kapsamlı bir genel bakış sunmaktadır.

3d baskı titanyum tozuna genel bakış

Titanyum, yüksek mukavemet/ağırlık oranı, yorulma ve kırılma direnci ve biyouyumluluğu nedeniyle 3D baskı için arzu edilen bir malzemedir. Titanyum tozları, ince özelliklere ve karmaşık geometrilere sahip parçaların toz yatak füzyon işlemleriyle basılmasına olanak tanır.

Titanyum kaliteleri: AM için yaygın olarak kullanılan titanyum alaşımları arasında Ti-6Al-4V (Ti64), Ti64 ELI, ticari olarak saf (CP) Ti sınıfı 2 ve Ti 6242 bulunur.

Toz üretimi: Titanyum tozu, erimiş titanyumun, sıkı boyut dağılımına sahip ince küresel partiküller halinde bir inert gaz jeti ile atomize edildiği gaz atomizasyonu ile üretilir. Plazma döner elektrot işlemi (PREP) de kullanılır.

Toz boyutları: Tipik toz boyutları 15-45 mikron aralığındadır. 15 mikron civarındaki daha ince tozlar daha iyi çözünürlük sağlarken, daha kaba 45 mikron toz daha yüksek yapı hızlarına izin verir.

Akışkanlık ve yeniden kullanım: Küresel morfoloji ve kontrollü boyut dağılımı iyi akışkanlık sağlar. Titanyum tozu, uygun şekilde işlenirse genellikle 10-20 kez yeniden kullanılabilir.

Güvenlik: Titanyum tozu, piroforik doğası nedeniyle havayla son derece yanıcı ve reaktiftir. İnert bir atmosferde uygun kullanım kritiktir.

Bileşim ve Mikro yapı

Titanyum tozu bileşimi, mikro yapısı, mevcut fazlar ve gözeneklilik gibi kusurlar, basılı parçaların nihai özelliklerini belirler.

Elementel bileşim

AlaşımTitanyumAlüminyumVanadyumDemirOksijenAzotHidrojen
Ti-6Al-4VDenge5.5-6.5%3.5-4.5%<%0.3<%0.2<%0.05<%0.015
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6MoDenge5.5-6.5%
CP Sınıf 2 Ti.2 min%0.3 maks%0.25 maks%0.03 maks%0.015 maks

Fazlar: Titanyum alaşımları, α altıgen yakın paketlenmiş ve β gövde merkezli kübik fazların karışımını içerir. AM'deki soğuma oranları, dengesiz fazlar oluşturabilir.

Kusurlar: Füzyon eksikliği, gözeneklilik, mikro çatlaklar meydana gelebilir ve mekanik özellikleri bozabilir. Sıcak izostatik presleme (HIP), kusurları azaltmaya ve tutarlılığı iyileştirmeye yardımcı olur.

Tane yapısı: Hızlı katılaşma ve epitaksiyal büyüme nedeniyle AM titanyum alaşımlarında yapı yönünde sütunlu ön-β taneleri görülür. Sütunlu tanelerin genişlikleri mukavemeti etkiler.

Yüzey pürüzlülüğü: Toz yatak füzyon işlemleri, kısmen erimiş toz partikülleri nedeniyle basılı yüzeyler üzerinde yarı pürüzsüz yüzeylere yol açar. Ek son işlem genellikle gereklidir.

Anahtar Özellikler

Basılı titanyum parçaların özellikleri, bileşim, gözeneklilik, yüzey pürüzlülüğü, yapı yönü, ısıl işlem ve test yönünden etkilenir.

Fiziksel özellikler

MülkiyetTi-6Al-4VCP Sınıf 2 Ti
Yoğunluk (g/cc)4.424.51
Erime noktası (°C)1604-16601668

Mekanik özellikler

MülkiyetBasılı olarakSıcak izostatik preslenmiş (HIP)İşlenmiş haddehanede tavlanmış
Çekme mukavemeti (MPa)900-1300950-1150860-965
Akma dayanımı (MPa)800-1100825-900790-870
Kopmada uzama (%)5-158-2015-25
Sertlik (HRC)32-4432-3631-34

Avantajlar

  • Yüksek mukavemet/ağırlık oranı
  • Yüksek sıcaklıklarda mukavemeti korur
  • Yorulmaya, aşınmaya ve korozyona karşı dayanıklıdır
  • Biyo-inert - tıbbi implantlar için uygundur
  • Sterilizasyon işlemlerine dayanabilir

Sınırlamalar

  • Pahalı malzeme ve AM işleme
  • Reaktif ve yanıcı toz
  • Anizotropik özellikler
  • İşlenmiş formlardan daha düşük süneklik
3 boyutlu baskı titanyum tozu
3D Baskı Titanyum Tozu 3

Katkı Üretimli Titanyum Parçaların Uygulamaları

3D baskı, titanyumun kullanım alanlarını, endüstrilerde daha hafif, daha güçlü ve daha yüksek performanslı bileşenlere genişletir.

İç kanallardan fazla tozu çıkarmak için gereklidir Türbin kanatları, uçak gövdesi ve motor yapıları, antenler, ısı eşanjörleri

Otomotiv: Bağlantı çubukları, valfler, turboşarj tekerlekleri, güç aktarma organları bileşenleri

Tıbbi ve diş: Ortopedik implantlar, protezler, cerrahi aletler, hasta eşleşmeli cihazlar

Petrol ve gaz: Korozyona dayanıklı borular, valfler, kuyu başı bileşenleri, ayırıcılar

Tüketim malları: Bisiklet çerçeveleri, golf sopası kafaları, gözlük çerçeveleri gibi spor ekipmanları

Aletler: Metal enjeksiyon kalıplarına, jiglere, fikstürlere entegre edilmiş hafif konformal soğutma kanalları

Popüler 3 boyutlu baskı titanyum tozu AM için

AlaşımUygulamalarYazdırılabilirlikYüzey İşlemiMekanik Özellikler
Ti-6Al-4V ELIHavacılık bileşenleri, biyomedikal implantlarMükemmelOrta düzeydeYüksek mukavemet, sertlik, yorulma ömrü
Ti-6Al-4VYapısal havacılık parçaları, otomotivÇok iyiOrta düzeydeMukavemet, kırılma tokluğu
Ti 6242Yüksek sıcaklık bileşenleriİyiZayıf300°C'de mukavemet, sürünme direnci
CP Sınıf 2 TitanyumTıbbi implantlar, kimyasal tesislerOrta düzeydeÇok iyiSüneklik, korozyon direnci

Teknik Özellikler ve Standartlar

Havacılık ve tıp standartlarına göre titanyum tozu ve basılı parçalar için katı kalite gereksinimleri uygulanmaktadır.

Toz özellikleri

ParametreGereklilikBeklenen parça boyutlarına uygunluk, destek yapıları için ödenekler
Parçacık boyutu15-45 μmLazer kırınımı
Görünür yoğunluk≥ 2.7 g/ccHall akış ölçer
Musluk yoğunluğu≥ 3.2 g/ccMusluk yoğunluk test cihazı
Akış hızı15-25 s/50gHall akış ölçer
Kimyasal bileşimAnaliz sertifikasıGDMS, ICP-MS

Parça kalifikasyon standartları

StandartDetaylar
ASTM F3001AM titanyum parçaları için standart
ASTM F2924Titanyum alaşımı Ti-6Al-4V ELI
ASTM F3184Besleme stoğu titanyum alaşımlı tozu
AMS7009Havacılık malzemesi spesifikasyonu
ISO 13485Tıbbi cihazlar - Kalite yönetimi

Titanyum AM için Tasarım İlkeleri

Katkı üretimi ile titanyumun faydalarını kullanmak için uygun bileşen tasarımı çok önemlidir.

  • Destek yapılarını önlemek için çıkıntıları en aza indirin
  • Tozun daha kolay çıkarılmasını sağlamak için parçaları yönlendirin
  • HIP ve işleme gibi son işlemeye izin verin
  • Konformal soğutma için yerleşik kanallar ekleyin
  • Montajları tek titanyum parçalara birleştirin
  • Yüksek gerilim bölgelerini kafeslerle güçlendirin
  • Topoloji optimizasyonu yoluyla ağırlık azaltımı için şekilleri optimize edin

Tedarikçiler 3 boyutlu baskı titanyum tozu

TedarikçiVerilen SınıflarToz BoyutlarıEk Hizmetler
AP&CTi-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti64, CP-Ti sınıfları 1-415-45 μmAnaliz, test, eleme, karıştırma, depolama
Marangoz KatkısıTi-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo15-45 μmÖzel alaşımlar, parametre geliştirme
LPW TeknolojiTi-6Al-4V ELI, Ti-6Al-4V, CP-Ti sınıfı 215-45 μmMalzeme testi, toz yeniden kullanım analizi
PraxairTi-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI15-100 μmEleme, karıştırma, depolama
SandvikOsprey titanyum alaşımları15-45 μmToz yaşam döngüsü yönetimi

Maliyet: ~500-1000 ABD Doları/kg, ancak sipariş hacmine, kalitesine, boyut dağılımına, gaz atomizasyon yöntemine, ek işlemeye ve test gereksinimlerine bağlıdır.

3 boyutlu baskı titanyum tozu
3D Baskı Titanyum Tozu 4

SSS

S: Titanyum parçaları 3D yazdırmak için hangi yöntemler kullanılabilir?

C: Titanyum, öncelikle seçici lazer eritme (SLM) ve elektron ışınlı eritme (EBM) kullanılarak toz yatak füzyonu ile basılır. Lazer metal biriktirme (LMD) ve kaynak tabanlı yönlendirilmiş enerji biriktirme (DED) gibi tel tabanlı yöntemler de mümkündür ancak daha az yaygındır.

S: AM için titanyum tozu özel depolama veya işleme gerektirir mi?

C: Evet, titanyum havayla kolayca reaksiyona girer, bu nedenle toz argon veya azot gazı kullanılarak inert bir atmosferde saklanmalı ve işlenmelidir. Yanıcı ortamlardan ve ateşleme kaynaklarından kaçınılmalıdır. Operatörler titanyum tozunu kullanırken koruyucu ekipman giymelidir.

S: Titanyum AM parçalarında gözeneklilik sorunlarına ne neden olur?

A: Yüksek soğuma oranları, füzyon eksikliklerine neden olan gaz tutulmasına yol açar. Gözenekliliği en aza indirmek için güç, hız, hat aralığı, odak kayması ve toz katmanı yoğunluğu gibi parametrelerin optimizasyonu gereklidir. Sıcak izostatik presleme (HIP) ayrıca ilk baskıdan sonra parçaların yoğunlaştırılmasına yardımcı olabilir.

S: AM işleminden hemen sonra doğrudan pürüzsüz titanyum yüzeyleri elde etmek neden zordur?

A: Kısmen erimiş titanyum tozu yüzeylere yapışarak pürüzlü bir yüzey oluşturabilir. Tamburlama, kumlama, frezeleme, taşlama ve parlatma, titanyum basılı parçaları düzleştirmek için kullanılan ikincil işlemlerdir. Kimyasal veya elektrokimyasal son işlem süreçleri de kullanılır.

S: Ticari olarak saf titanyumun 3B baskısını alabilir misiniz?

A: Evet, bileşim ve parçacık boyutu dağılımı için B348 gibi ASTM standartlarını karşılayan 1'den 4'e kadar olan alaşımsız CP titanyum tozu, kemik implantları ve kimyasal tesisler gibi yüksek süneklik gerektiren uygulamalar için saf titanyum bileşenleri basmak için kullanılabilir.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin

Bültenimize Abone Olun

Güncellemeleri alın ve en iyilerden öğrenin

Keşfedilecek Daha Fazla Şey

Scroll to Top