Titanyum Katmanlı Üretim

Bu Gönderiyi Paylaş

İçindekiler

Titanyum Katkılı İmalata Genel Bakış

Titanyum katkılı imalat, aynı zamanda titanyumun 3D baskısı olarak da bilinir, titanyum bileşenlerini 3D model verilerinden doğrudan katman katman üretmek için kullanılan çeşitli katkılı imalat tekniklerini ifade eder. Geleneksel yöntemlerle üretilmesi imkansız veya çok maliyetli olan yüksek geometrik özgürlüğe sahip karmaşık titanyum parçaların oluşturulmasını sağlar.

Titanyum, yüksek mukavemet/ağırlık oranı, korozyon direnci, biyouyumluluğu ve yüksek sıcaklık performansı nedeniyle katkılı imalat için ideal bir malzemedir. Ancak, katkılı teknikler kullanılarak titanyumun işlenmesi, kimyasal reaktivitesi ve anizotropik malzeme özellikleri nedeniyle bazı benzersiz zorluklar da oluşturmaktadır.

Titanyum katkılı imalat hakkında bazı önemli detaylar:

  • Titanyum için yaygın olarak kullanılan 3D baskı yöntemleri, seçici lazer eritme (SLM), elektron ışınlı eritme (EBM) ve doğrudan metal lazer sinterlemedir (DMLS).
  • Ti-6Al-4V gibi titanyum alaşımları en yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak ticari olarak saf titanyum ve diğer alaşımlar da basılabilir.
  • Kafes yapıları ve ince cidarlı geometriler gibi hafif, karmaşık parçaların üretilmesini sağlar.
  • Katkısal yöntemlere kıyasla atıkları ve maliyeti azaltarak net şekle yakın parçalar üretir.
  • Tasarımda esneklik ve montajların tek bir basılı parçada birleştirilmesini sağlar.
  • İstenen yüzeyi ve malzeme özelliklerini elde etmek için sıcak izostatik presleme (HIP) ve işleme gibi son işlemler genellikle gereklidir.
  • Dövme, döküm ve dövme titanyuma benzer veya daha üstün özellikler ancak anizotropi bir endişe kaynağıdır.
  • Uygulama alanları arasında havacılık, tıbbi implantlar, otomotiv ve kimyasal tesisler bulunmaktadır.
  • Geleneksel imalattan daha yüksek maliyet ancak küçük parti boyutları ve karmaşık parçalar için ekonomiktir.

Titanyum Katkılı İmalat Süreçlerinin Türleri

SüreçAçıklamaÖzellikler
Seçici Lazer Eritme (SLM)Metalik toz parçacıklarını katman katman seçici olarak eritmek ve birleştirmek için bir lazer kullanırEn yaygın ve olgun teknoloji <br> İyi hassasiyet ve yüzey kalitesi <br> Basılı parçalarda düşük gözeneklilik
Elektron Işınıyla Eritme (EBM)Malzemeyi eritmek için ısı kaynağı olarak bir elektron ışını kullanırNispeten hızlı yapı hızları <br> Parçalar, SLM'ye kıyasla daha yüksek gözenekliliğe sahiptir <br> Yalnızca iletken malzemeler işlenebilir
Doğrudan Metal Lazerle Sinterleme (DMLS)Toz parçacıklarını sinterlemek ve bitmiş parçalar oluşturmak için bir lazer kullanırYüksek doğruluk ve detay çözünürlüğü <br> İnfiltrasyon gerektiren hafif gözenekli parçalar
Yönlendirilmiş Enerji Biriktirme (DED)Malzemeler biriktirilirken eriterek malzemeleri birleştirmek için termal enerjiyi odaklanırBir bütün olarak parçalardan ziyade öncelikle özellik eklemek ve onarım yapmak için kullanılır <br> Daha yüksek yapı hızları ancak daha düşük doğruluk
titanyum katkılı üretim
Titanyum Katkılı İmalat 4

Titanyum Katkılı İmalatın Uygulamaları

EndüstriKullanım Alanları ve Örnekler
Havacılık ve UzayHidrolik manifoldlar, vanalar, muhafazalar, braketler gibi uçak ve motor bileşenleri
TıbbiDiş ve ortopedik implantlar, cerrahi aletler
OtomotivManifoldlar, turboşarj tekerlekleri gibi hafif parçalar
KimyasalKorozyona dayanıklı borular, vanalar, pompalar gibi sıvı işleme parçaları
SavunmaAraçlar ve silahlar için hafif yük taşıyan bileşenler
Genel mühendislikSektörler genelinde düşük hacimli özel parçalar

Titanyum Katkılı İmalat için Özellikler

ParametreTipik Değerler
Katman kalınlığı20 – 100 μm
Minimum özellik boyutu~100 μm
Yüzey pürüzlülüğü, Ra10 – 25 μm, çıkıntılarda daha yüksek
Yapı hacmi50 x 50 x 50 mm ila 500 x 500 x 500 mm
HassasiyetBoyutlarda ± %0,1 ila ± %0,2
GözeneklilikSLM için %0,5 – %1, EBM için %5'e kadar
Mikroyapıİnce, sütunlu önceki beta taneleri ile alfa lameller

Titanyum AM Parçaları için Tasarım Hususları

  • Destekleri azaltmak ve çıkıntıları önlemek için parça yönünü optimize edin
  • Desteklerden kaçınmak için 45°'den büyük kendi kendini destekleyen açılar kullanın
  • İnce duvarlar (≤ 1 mm) daha yüksek lazer yoğunluklarına ve tarama hızlarına ihtiyaç duyar
  • Minimum delik çapı ≥ 1 mm olmalıdır
  • Toz giderme için iç kanallar ≥ 2 mm olmalıdır
  • Parçada içi boş kapalı hacimlerden kaçının
  • Yük taşıyan parçalar için yeterli duvar kalınlığı (2-4 mm) sağlayın
  • İşleme, delme, parlatma vb. gibi son işlemlere izin verin.

Titanyum Katkılı İmalat Standartları

StandartAçıklama
ASTM F3001Toz yataklı füzyon ile katkılı imalat titanyum-6 alüminyum-4 vanadyum ELI (Ekstra Düşük Ara) için standart şartname
ASTM F2924Toz yataklı füzyon ile katkılı imalat titanyum-6 alüminyum-4 vanadyum için standart şartname
ASTM F3184Toz yataklı füzyon yoluyla katkılı imalat paslanmaz çelik için standart şartname
ISO/ASTM 52921Katkılı imalat için standart terminoloji - Koordinat sistemleri ve test yöntemleri
ASME BPVC Bölüm IXKatkılı imalat yeterlilikleri için kazan ve basınçlı kap kodu

Titanyum Katkılı İmalat Sistemleri Tedarikçileri

TedarikçiYazıcı ModelleriBaşlangıç Fiyat Aralığı
EOSEOS M 100, EOS M 290, EOS M 400$200,000 – $1,500,000
SLM ÇözümleriSLM® 125, SLM® 280, SLM® 500, SLM® 800$250,000 – $1,400,000
3D SistemlerProX® DMP 200, ProX® DMP 300, ProX® DMP 320$350,000 – $1,250,000
GE AdditiveConcept Laser M2, M2 Multilaser, M2 Dual Laser$400,000 – $1,200,000
Velo3DSapphire, Sapphire XC$150,000 – $600,000

Fiyatlar, yapı hacmine, lazer gücüne ve ek özelliklere göre değişir. Ek maliyetler arasında kurulum, eğitim, malzemeler ve son işlem yer alır.

Titanyum Yazıcıların Çalıştırılması ve Bakımı

  • Üreticinin kullanım kılavuzunu ve güvenlik önlemlerini edinin ve bunlara uyun
  • Lazer gücünü ve ışın kalitesini korumak için optik sistemi ve aynaları temizleyin
  • Lazer ve tarama sistemi için periyodik olarak kalibrasyonlar yapın
  • Üretim yapımlarına başlamadan önce parça kalitesini doğrulamak için test baskıları yapın
  • Baskı parametreleri için standart çalışma prosedürleri (SOP'ler) geliştirin
  • Titanyum tozunu uygun şekilde inert bir ortamda saklayın ve kullanın
  • Yoğuşmuş malzemeyi temizlemek ve kontaminasyonu önlemek için yapı odasını düzenli olarak temizleyin
  • Doğrusal kılavuzları yağlama, bağlantı elemanlarını sıkma, filtreleri değiştirme gibi önleyici bakım yapın

Bir Titanyum Katkılı İmalat Tedarikçisi/Hizmet Bürosu Seçme

HususlarDetaylar
Deneyim ve uzmanlıkYılların deneyimi, eğitimli operatörler, metal AM uzmanlığı
Yazıcı modelleri ve özellikleriYapı hacmini, doğruluğu, malzemeleri vb. değerlendirin.
Kalite sertifikalarıISO 9001, ISO 13485, Nadcap akreditasyonu
Malzeme kullanılabilirliğiÇeşitli titanyum alaşımları, parçacık boyutları, özelleştirilmiş alaşımlar
Son işlem yetenekleriBağlayıcı giderme, HIP, işleme, parlatma, kaplama
Parça testi ve doğrulamaMekanik test, tahribatsız muayene, metalografi
Tasarım desteğiTopoloji optimizasyonu, AM için tasarım yönergeleri
Üretim kapasitesiParti boyutları, teslim süreleri, ölçeklenebilirlik, yedek kapasite
MaliyetMakine saatlik ücretleri, malzeme fiyatları, ek ücretler
Müşteri referansları ve incelemeleriMevcut müşterilerden hizmet kalitesi hakkında geri bildirim
titanyum katkılı üretim
Titanyum Katkılı İmalat 5

Titanyum Katkılı İmalatın Artıları ve Eksileri

AvantajlarSınırlamalar
Mümkün olan karmaşık, hafif geometrilerBüyük hacimler için geleneksel imalata göre daha yüksek maliyet
Birleştirilmiş montajlar ve azaltılmış parça sayısıİşlemeye göre daha düşük boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi
Düşük hacimli partiler için daha kısa teslim süreleriİstenen özellikleri elde etmek için genellikle son işlem gerekir
Azaltılmış malzeme atığıAnizotropik malzeme özellikleri ve artık gerilmeler
Tasarım yinelemelerinde esneklikYazıcının yapı hacmine bağlı boyut sınırlamaları
Tam zamanında üretimKarmaşık iç kanallar için toz giderme zorlukları
Parça özelleştirme ve kişiselleştirmeMalzemede gözeneklilik, sıcak izostatik presleme gerektirir

Titanyum Parçalar İçin Metal Enjeksiyon Kalıplama ve Katmanlı İmalat Arasındaki Farklar

ParametreMetal Enjeksiyon KalıplamaKatmanlı Üretim
Süreçİnce metal tozunun bağlayıcılarla karıştırılması, enjeksiyon kalıplama, ardından bağlayıcı giderme ve sinterlemeLazerler veya elektron ışını kullanarak doğrudan parça üretmek için titanyum tozunun katman katman füzyonu
Parça karmaşıklığıYalnızca basit 2,5 D geometriler mümkündürKafesler gibi son derece karmaşık şekiller basılabilir
Parça boyutuBirkaç inçe kadarYapı hacmi ile sınırlıdır, tipik olarak 20 inçten az
DoğrulukÇok yüksek, kolay toleranslarla ±%0,5'e kadarOrta düzeyde, boyutlarda yaklaşık ±%0,2
Yüzey finisajıKalıplama işlemi sayesinde mükemmelEk son işlem gerektiren daha zayıf yüzey
Mekanik özelliklerİzotropik, daha az artık gerilmeAnizotropik özellikler, daha yüksek artık gerilmeler
Malzeme seçenekleriSınırlı alaşımlar ve karışımlarÇok çeşitli titanyum kaliteleri ve özelleştirilmiş alaşımlar
Kurulum maliyetleriYüksek ilk takım yatırımıDaha düşük başlangıç maliyetleri
Üretim miktarlarıMilyonlarca adede kadar yüksek hacimler10-10.000 birimlik küçük partiler için optimize edilmiştir
Teslim süresiTakım imalatı için daha uzun teslim süresiİşlevsel parçaya daha kısa süre, hızlı tasarım yinelemeleri

Titanyum Katmanlı İmalat İçin Seçici Lazer Eritme (SLM) ve Elektron Işınlı Eritme (EBM) Arasındaki Karşılaştırma

ParametreSeçici Lazer Eritme (SLM)Elektron Işınıyla Eritme (EBM)
Isı kaynağıOdaklanmış lazer ışınıYüksek güçlü elektron ışını
Atmosferİnert argon gazıVakum
Termal girdiLazerden son derece yerelleştirilmiş girdiBüyük elektron ışınından daha geniş girdi
DoğrulukDaha ince lazer nokta boyutu nedeniyle daha yüksek10-100 μm kadar daha düşük
Yüzey finisajıDaha pürüzsüz yüzey, cilalaması daha kolayDaha taneli, gözenekli yüzey kalitesi
Yapım hızıDaha yavaş, yaklaşık 5-20 cm3/saDaha hızlı, 45 cm3/sa'e kadar
Kullanılan alaşımlarTi-6Al-4V, ticari olarak saf Ti, diğerleriEsas olarak Ti-6Al-4V
MaliyetDaha yüksek ekipman ve işletme maliyetleriDaha düşük sahip olma maliyeti
GözeneklilikDaha düşük gözeneklilik, yaklaşık %0,5Yaklaşık %5 civarında daha yüksek gözeneklilik
MikroyapıAlfa lamelleri ile ince ön beta taneleriDaha kaba beta taneleri ve iğnemsi alfa’ martensit
Son İşlemDaha düşük ısıl işlem ihtiyacıGözenekliliği azaltmak için genellikle HIP gerekir
Mekanik özelliklerDaha yüksek mukavemet ve süneklikDaha yüksek anizotropi ile daha düşük mukavemet
UygulamalarHavacılık, tıbbi implantlar, otomotivHavacılık, biyomedikal

Özetle, SLM daha iyi doğruluk ve yüzey kalitesi sunarken, EBM daha hızlı yapı hızları avantajına sahiptir. Katman katman erime süreci, her iki yöntemde de kalıntı gerilmeler ve anizotropik malzeme özellikleri indükler.

AlSi12 Toz
Hazırlanmış Metal Tozları

SSS

S. Katkısal imalatta hangi titanyum alaşımları yaygın olarak kullanılmaktadır?

C. Ti-6Al-4V, titanyum katkısal imalatının 'sinden fazlasını oluşturan, en yaygın kullanılan titanyum alaşımıdır. Diğer alaşımlar arasında Ti-6Al-4V ELI, ticari olarak saf 2 ve 4 titanyum kaliteleri, Ti-6Al-7Nb ve Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr bulunur.

S. Katkısal olarak üretilen titanyum parçalar için tipik olarak ne tür bir son işlemeye ihtiyaç duyulur?

C. İstenen boyutsal doğruluk, yüzey kalitesi ve malzeme özelliklerini elde etmek için genellikle sıcak izostatik presleme (HIP), ısıl işlem, yüzey işleme, delme, parlatma ve kaplama uygulaması gibi son işleme adımları gereklidir.

S. Katkısal olarak üretilen titanyumun mekanik özellikleri, dövme ve döküm titanyum ile nasıl karşılaştırılır?

C. Katkısal imalat titanyum parçaları, dövme ve döküm titanyumun çekme mukavemeti ve yorulma mukavemetine eşit veya daha üstün olabilir. Ancak, katkısal imalat titanyum, geleneksel yöntemlerden farklı olarak, katmanlı imalat nedeniyle özelliklerde anizotropi sergiler.

S. Katkısal olarak üretilen titanyumun yorulma performansını iyileştirmek için kullanılan bazı yöntemler nelerdir?

C. Yorulma performansı, sıkıştırma gerilmeleri uygulamak, yüzey kusurlarını gidermek ve mikroyapıyı iyileştirmek için sıcak izostatik presleme (HIP), bilyalı dövme, kimyasal aşındırma, işleme ve diğer son işleme adımları uygulanarak iyileştirilebilir.

S. Katkısal imalat, geleneksel yöntemlere kıyasla titanyum parçaların maliyetini düşürür mü?

C. Küçük parti boyutları için, katkısal imalat, kütükten işlemeye kıyasla önemli maliyet düşüşü sunar. Seri üretim için, toz malzemenin yüksek maliyeti, katkısal imalatın hala döküm veya dövmeden daha pahalı olduğu anlamına gelir.

S. Katkısal imalat titanyumunun yüzey pürüzlülüğü, CNC işleme ile nasıl karşılaştırılır?

C. Basılı titanyum bileşenleri, 1 μm Ra'nın altında bir yüzey elde edebilen işlenmiş yüzeylere kıyasla 10-25 μm Ra'lık daha yüksek bir yüzey pürüzlülüğüne sahiptir. Daha pürüzsüz bir yüzey kalitesi gerekiyorsa ek son işleme gereklidir.

S. Titanyum tozu kullanırken hangi güvenlik önlemleri gereklidir?

C. Titanyum tozu, oksidasyonu önlemek için inert bir ortamda saklanmalıdır. İşlem prosedürleri toz oluşumunu ve solunmasını önlemelidir. Makinelerdeki toz bölmeleri inert gaz temizleme ve O2 izleme gerektirir.

S. Çelik yerine titanyum bileşenler üretmek için katkısal imalat kullanmanın bazı avantajları nelerdir?

C. Katkısal imalat titanyum, çeliğe kıyasla üstün bir mukavemet-ağırlık oranı sağlar. Ayrıca daha iyi korozyon direnci, biyo-uyumluluk ve yüksek sıcaklık performansı sunarak havacılık, tıp ve otomotiv kullanımları için uygun hale getirir.

S. Yapı yönü, katkısal imalat titanyum parçaların özelliklerini ve kalitesini nasıl etkiler?

C. Yapı yönü, kalıntı gerilmeleri, yüzey kalitesi, geometrik doğruluk ve mukavemet ve süneklik gibi mekanik özellikleri önemli ölçüde etkileyebilir. Parçalar genellikle destek yapılarını en aza indirmek için yönlendirilir.

S. Titanyumdan katkısal imalat için parça tasarlarken bazı önemli hususlar nelerdir?

C. Temel tasarım hususları arasında çıkıntıları en aza indirmek, yapı desteklerini dahil etmek, duvar kalınlıklarını 0,8-4 mm arasında tutmak, birleşmemiş tozun çıkarılması için erişim delikleri sağlamak ve son işleme gereksinimlerini hesaba katmak yer alır.

Sonuç

Katkısal imalat, geleneksel yöntemlere kıyasla karmaşık titanyum bileşenlerin üretimini uygulanabilir ve ekonomik hale getirir. İlerleyen teknoloji ve daha fazla benimsenmeyle, titanyum katkısal imalat, önemli endüstrilerde daha hafif, daha güçlü ve daha yetenekli tasarımlar sağlar. Ancak, kalıntı gerilmeler, anizotropi, yüzey kalitesi ve standartlar gibi süreç zorluklarına araştırma ve geliştirme yoluyla çözüm bulunmaya devam edilmektedir. Daha fazla olgunlaşma ile, katkısal imalat, titanyum metalin tüm yeteneklerini gerçekleştirebilme ve dünya çapında imalatı dönüştürme potansiyeline sahiptir.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin

Bültenimize Abone Olun

Güncellemeleri alın ve en iyilerden öğrenin

Keşfedilecek Daha Fazla Şey

Scroll to Top