Tytanowy proszek do druku 3D
Tytanowy proszek do druku 3D jest mocnym, lekkim metalem konstrukcyjnym, zyskującym szerokie zastosowanie w produkcji addytywnej w sektorach lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym i przemysłowym. Proszki ze stopów tytanu, takie jak Ti-6Al-4V, umożliwiają drukowanie 3D złożonych części, zapewniając wysoką wytrzymałość, odporność na korozję i biokompatybilność.
Niskie MOQ
Zapewnij niską minimalną ilość zamówienia, aby spełnić różne potrzeby.
OEM I ODM
Dostarczanie niestandardowych produktów i usług projektowych w celu zaspokojenia unikalnych potrzeb klientów.
Odpowiednie zapasy
Zapewnienie szybkiego przetwarzania zamówień oraz niezawodnej i wydajnej obsługi.
Zadowolenie klienta
Dostarczanie wysokiej jakości produktów, których podstawą jest zadowolenie klienta.
Udostępnij ten produkt
Spis treści
Przegląd
Tytan jest mocnym, lekkim metalem konstrukcyjnym, zyskującym szerokie zastosowanie w produkcji addytywnej w sektorach lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym i przemysłowym. Proszki ze stopów tytanu, takie jak Ti-6Al-4V, umożliwiają drukowanie 3D złożonych części, zapewniając wysoką wytrzymałość, odporność na korozję i biokompatybilność.
Selektywne topienie laserowe (SLM) i topienie wiązką elektronów (EBM) może przetwarzać drobny proszek tytanu w całkowicie gęste komponenty o skomplikowanych konstrukcjach, których nie można wykonać za pomocą obróbki skrawaniem lub odlewania. Niniejszy przewodnik obejmuje składy stopów tytanu, dane dotyczące właściwości, zastosowania, parametry drukarek i dostawców, aby wykorzystać zalety druku 3D z metalu.
Skład proszków do drukowania tytanu
Stopy tytanu składają się głównie z tytanu z innymi pierwiastkami stopowymi, takimi jak aluminium, wanad, żelazo, molibden i inne, w celu zwiększenia określonych właściwości. Najpopularniejsze gatunki tytanu dla AM obejmują:
| Stop | Ti Content | Kluczowe elementy stopowe |
|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | Bal. 88%+ | Aluminium 6%, wanad 4% |
| Ti-6Al-4V ELI | Bal. 89%+ | Aluminium 6%, wanad 4% |
| Ti 6242 | Bal. | Aluminium 6%, Molibden 2% |
| Ti64 | Bal. 90% | Aluminium 6%, wanad 4% |
- Ti-6Al-4V (gatunek 5) to najpopularniejszy stop tytanu, którego wytrzymałość wynika ze stabilizacji +Al i utwardzania wydzieleniowego +V. Wariant o bardzo niskiej zawartości międzywęźli (ELI) charakteryzuje się wysoką ciągliwością.
- Stop Ti 6242 zastępuje część wanadu, dzięki czemu jest bardziej odpowiedni do biokompatybilnych implantów ortopedycznych wymagających osteointegracji.
- Pierwiastki śladowe, takie jak żelazo, tlen, azot i węgiel, są zminimalizowane, ponieważ niekorzystnie wpływają na właściwości mechaniczne, jeśli są obecne poza określonymi limitami.
Właściwości proszków do drukowania metal-tytan
Kluczowe właściwości materiału, które sprawiają, że stopy tytanu są atrakcyjne dla samolotów i produktów medycznych, obejmują:
| Nieruchomość | Ti-6Al-4V | Ti-6Al-4V ELI |
|---|---|---|
| Gęstość | 4,43 g/cm3 | 4,43 g/cm3 |
| Temperatura topnienia | 1604-1660°C | 1650°C |
| Wytrzymałość na rozciąganie | 895-975 MPa | 860-965 MPa |
| Granica plastyczności (przesunięcie 0,2%) | 825-869 MPa | 795-827 MPa |
| Wydłużenie | 10-16% | >15% |
| Moduł Younga | 114 GPa | 105 GPa |
| Przewodność cieplna | 7,0 W/m-K | 7,2 W/m-K |
| Rezystywność elektryczna | 170-173 μΩ-cm | 198 μΩ-cm |
- Wysoka wytrzymałość w stosunku do niskiej gęstości (połowa stali) sprawia, że komponenty tytanowe są lżejsze. Wytrzymałość przewyższa typowe stopy aluminium, jednocześnie unikając problemów z korozją.
- Wystarczająco plastyczny do formowania na zimno. Warianty o bardzo niskiej zawartości międzywęźli, takie jak Ti64 ELI, dodatkowo zwiększają wydłużenie.
- Temperatura topnienia przekracza 1600°C. Zachowuje właściwości w temperaturze 400-500°C.
- Przewodność cieplna i elektryczna są dość niskie, aby uniknąć iskrzenia i odizolować ciepło.
Zastosowania metalowych części tytanowych drukowanych w 3D
Lotnictwo i kosmonautyka
- Strukturalne wsporniki płatowca, żebra, wirniki i osprzęt
- Lekkie obudowy turbosprężarek i wymienniki ciepła
- Konforemne kanały chłodzące zintegrowane z sekcjami turbin silników odrzutowych
- Niestandardowe ramy UAV/dronów zgodne z komponentami
Medycyna i stomatologia
- Ortopedyczne implanty kolan, bioder, kręgosłupa i szczęk, takie jak panewki panewkowe
- Łączniki dentystyczne do koron i mostów
- Płytki do rekonstrukcji czaszki dostosowane do anatomii pacjenta
Motoryzacja
- Wsporniki obudowy silnika i elementy zawieszenia
- Konforemne chłodzenie bliskiego konturu zintegrowane z formami wtryskowymi
- Lekkie tarcze hamulcowe o skomplikowanej geometrii przepływu powietrza
Parametry procesu druku 3D z tytanu
Kluczowe parametry przy stosowaniu proszku tytanowego w procesach syntezy w złożu proszkowym:
Ustawienia LPBF
| Parametr | Zasięg |
|---|---|
| Moc lasera (W) | 170-380W |
| Prędkość skanowania (mm/s) | 700-1100 mm/s |
| Rozmiar wiązki (μm) | 75-115 μm |
| Wysokość warstwy (μm) | 20-75 μm |
| Rozstaw włazów (μm) | 80-160 μm |
| Gaz osłonowy | Argon |
Ustawienia EBM
| Parametr | Zasięg |
|---|---|
| Moc wiązki (W) | 3 kW |
| Prędkość wiązki (mm/s) | Do 8 m/s |
| Rozmiar wiązki (mm) | 0.2-0.4 |
| Wysokość warstwy (mm) | 0.05-0.2 |
| Temperatura kompilacji (°C) | 650-800°C |
LPBF wymaga konstrukcji wsporczych, podczas gdy EBM buduje metal bez pomocy. Gęstość ≥99% osiąga się po odprężeniu i prasowaniu izostatycznym na gorąco. Minimalna grubość ścianki osiąga zazwyczaj 100-150 mikronów.
Dostawcy tytanowych proszków drukarskich
Wiodące firmy produkujące metale certyfikowały proszki tytanowe do procesów addytywnych:
| Firma | Oferowany stopień Ti | Morfologia | Wielkość cząstek |
|---|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, Ti64 ELI | Rozpylanie plazmowe, sferyczne | 15-53 mikronów |
| Tekna | Ti-6Al-4V, Ti 6242 | Rozpylanie plazmowe | 15-45 mikronów |
| Carpenter Additive | Ti-6Al-4V, Ti 6242 | Rozpylony gaz | 10-45 mikronów |
| ATI Powder Metals | Ti-6Al-4V | Rozpylanie plazmowe | 10-45 mikronów |
| Sandvik Osprey | Ti6Al4V, Ti 6242, Ti64 ELI | Gaz rozpylony, sferyczny | 15-100 mikronów |
Koszt tytanowych proszków do drukowania
Jako zaawansowany lekki stop do wysokowydajnych zastosowań, proszek tytanowy ma wysoką cenę:
- Ceny materiałów wahają się od $200 do $500 za kg.
- Niestandardowe stopy o mniejszych rozmiarach cząstek i wysokiej czystości dodatkowo zwiększają koszty
- Proszek z recyklingu jest tańszy przy założeniu dobrej płynności
Obróbka końcowa tytanowych części drukowanych 3D
Po wydrukowaniu tytanowe komponenty są poddawane obróbce:
Usuwanie wsparcia - Ostrożnie oddzielaj wsporniki za pomocą cięcia EDM tam, gdzie jest to możliwe, odłamuj mniejsze elementy
Łagodzenie stresu - Delikatna obróbka cieplna całej płyty roboczej w temperaturze 650°C przez 2 godziny w argonie, redukująca naprężenia szczątkowe.
Tłoczenie izostatyczne na gorąco - Proces HIP w 920°C i 100 MPa przez 3 godziny w celu zamknięcia wewnętrznych pustek >99% gęstość
Rozwiązanie Leczenie - Wygrzewanie w temperaturze 705°C przez 1 godzinę, a następnie hartowanie powietrzem/wodą w celu uzyskania pożądanej mikrostruktury.
Obróbka skrawaniem - Frezowanie CNC krytycznych powierzchni współpracujących w celu spełnienia wymagań tolerancji wymiarowej
Blast + Acid Etch - Śrutowanie tlenkiem glinu, a następnie trawienie kwasem w celu oczyszczenia powierzchni
Testowanie jakości - Potwierdzenie, że skład chemiczny, mikrostruktura, jakość warstwy po warstwie i właściwości mechaniczne są zgodne ze specyfikacjami.
Standardy dla druku 3D z tytanu
| Standard | Tytuł | Organizacja |
|---|---|---|
| ASTM F2924 | Standardowa specyfikacja dla wytwarzania addytywnego tytanu - 6 aluminium - 4 wanad z zastosowaniem spiekania w złożu proszkowym | ASTM |
| ASTM F3001 | Standardowa specyfikacja dla wytwarzania przyrostowego tytanu - 6 aluminium - 4 wanady ELI (o bardzo niskiej zawartości międzywęźli) ze stopieniem w złożu proszkowym | ASTM |
| AMS 2801 | Obróbka cieplna części ze stopu tytanu | SAE International |
| AMS 2879 | Proces atomizacji gazowej proszku Ti | SAE |
| AMS 700 | Procedury analityczne i metody testowania proszków i produktów metalurgii proszków | SAE |
Perspektywy dla druku proszkowego z wykorzystaniem tytanu
Podczas gdy lotnictwo i kosmonautyka napędza obecnie popyt dzięki znacznej konsolidacji części i korzyściom związanym z redukcją masy, przyjęcie tytanu AM przyspieszy w branży motoryzacyjnej, sportowej i innych sektorach konsumenckich wraz ze spadkiem kosztów. Więcej drukowanych aplikacji Ti obejmuje:
Lotnictwo i kosmonautyka - Większe i w pełni drukowane struktury podstawowe, takie jak łopatki turbin i przyszłe sekcje kabin pasażerskich, wykorzystujące mocne strony w zakresie złożoności projektu, konsolidacji montażu części i odporności na korozję.
Biomedyczne- Zwiększona liczba dopasowanych do pacjenta protez i implantów, takich jak klatki kręgosłupa dostosowane do anatomii z kratowymi wnętrzami, które promują wrastanie tkanek, możliwe dzięki biokompatybilności tytanu i zdolności wiązania kości.
Motoryzacja - Lekkie zawieszenie, podwozie i elementy układu napędowego, takie jak korbowody i wały korbowe, a także wysokowydajne zawory i tłoki, które są odporne na zmęczenie i podwyższoną temperaturę.
Ropa i gaz - Korpusy zaworów i narzędzia wiertnicze wykorzystujące odporność na korozję w gorących środowiskach kwaśnych zawierających siarkowodór i chlorki. Architektura dostosowana do maksymalizacji przepływu.
Produkty konsumenckie - Spersonalizowany sprzęt sportowy, taki jak ramy rowerowe i główki kijów golfowych dopasowane do indywidualnych profili. Wykorzystuje wysoki stosunek wytrzymałości do wagi i elastyczność kształtów; Pełniejsze przyjęcie w oczekiwaniu na redukcję kosztów.
Przewodnik dla kupujących drukarki 3D z tytanowym łożem proszkowym
Kluczowe kwestie dotyczące drukarek obejmują:
Precyzja - ścisła kontrola i kalibracja puli stopu zapewniająca spójność właściwości mechanicznych w dużych seriach produkcyjnych
Atmosfera obojętna - argon o wysokiej czystości krytyczny z reaktywnym materiałem tytanowym, aby zapobiec zanieczyszczeniu tlenem, azotem
Automatyzacja - systemy obsługi proszków minimalizujące narażenie i ułatwiające ciągłą produkcję
Inteligentne oprogramowanie - specjalne strategie skanowania dostosowujące się do historii termicznej
Wiodące modele obejmują:
- 3D Systems DMP Factory 500
- GE Additive Concept Laser Xline 2000R
- 4-laserowy system EOS M 400-4
- Maszyna laserowa Renishaw RenAM 500 Quad
Porównanie kosztów: Wytwarzanie przyrostowe tytanu a obróbka skrawaniem
| Aspekt kosztów | Additive Mfg | Obróbka CNC |
|---|---|---|
| Koszt materiałów | $200-$500 na kg | $100-$150 na kg |
| Praca | ~2-3x czas produkcji | Krótszy czas przetwarzania |
| Wykorzystanie sprzętu | ~$50 na godzinę pracy drukarki | $70-$200 na godzinę pracy maszyny CNC |
| Współczynnik kupna do lotu | Efektywne wykorzystanie 1:1 | Marnowanie materiału do 20:1 |
| Całkowity koszt na dzień dzisiejszy | $150-$1000 na kg | $50-$200 na kg |
| Prognoza przyszłej produkcji | $50-$150 na kg | Nie oczekuje się żadnych zakłóceń |
Produkcja addytywna kosztuje dziś od 2 do 10 razy więcej niż konwencjonalna obróbka tytanu, w zależności od ilości zakupu i oczekiwań jakościowych, ale oferuje większą swobodę projektowania.
Wraz ze wzrostem wydajności AM i zatwierdzaniem coraz większej liczby komponentów do zastosowań końcowych w różnych branżach, prognozowane koszty stają się konkurencyjne w stosunku do obróbki skrawaniem dzięki znacznemu obniżeniu masy i konsolidacji części - wykazano redukcję masy nawet o 65%.
Wpływ na środowisko: Druk 3D w metalu w porównaniu do obróbki skrawaniem
| Metryka zrównoważonego rozwoju | Wytwarzanie przyrostowe metali | Obróbka CNC metali |
|---|---|---|
| Zużycie energii | HIGH - Selektywne podawanie promieni punkt po punkcie | Niższa energochłonność |
| Wydajność materiałów | Kształt zbliżony do siatki, bardzo mało odpadów | Do 90% materiałów zmarnowanych w wyniku odejmowania prętów magazynowych |
| Możliwość ponownego użycia | 90%+ odzysk proszku, z recyklingu | Metalowe chipy nie mają ścieżek ponownego użycia |
| Emisje CO2 | Niższe zużycie energii na gotową część | Porównywalnie większa emisja dwutlenku węgla dla tego samego komponentu |
Pomimo wysokiego lokalnego zużycia energii, AM umożliwia znaczne oszczędności materiałów dzięki lekkim, zoptymalizowanym konstrukcjom i ponownemu wykorzystaniu proszku w celu zminimalizowania wpływu na środowisko na poziomie systemu.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące druku 3D na metalowym łożu proszkowym
P: Jaki rozkład wielkości cząstek jest zalecany dla proszków tytanu stosowanych w AM?
Większość proszków tytanowych do druku 3D ma wielkość cząstek od 15 mikronów do 45 mikronów. Niektóre dystrybucje sięgają 105 mikronów. Kluczem jest wysoka zdolność przepływu proszku i gęstość upakowania.
P: Jaką metodę przetwarzania końcowego stosuje się w celu poprawy gęstości części tytanowych po wydrukowaniu do wartości bliskiej 100%?
O: Prasowanie izostatyczne na gorąco całej wydrukowanej w 3D płyty konstrukcyjnej w temperaturze około 920°C pod ciśnieniem 100 MPa przez ponad 3 godziny jest konieczne do pełnego zamknięcia wewnętrznych pustek i mikroporowatości w wydrukowanych częściach tytanowych po usunięciu podpór.
P: Czy stop tytanu Ti-6Al-4V charakteryzuje się dobrą spawalnością w przypadku obróbki końcowej metalowych części drukowanych w 3D?
O: Tak, tytan klasy 5 Ti 6-4 oferuje doskonałą kompatybilność spawalniczą dzięki technikom TIG i laserowym do łączenia złożonych zespołów drukowanych lub zapewniania wodoszczelnych uszczelnień dzięki niskiej zawartości tlenu - znacznie lepiej niż stal nierdzewna. Nadal wymagana jest odpowiednia osłona.
P: Jaka branża napędza największy popyt na produkcję dodatków metalowych ze stopów tytanu?
O: Sektor lotniczy zużywa obecnie ponad 50% tytanowych zdolności produkcyjnych dzięki wysokowartościowym zastosowaniom strukturalnym, które w znacznym stopniu korzystają z redukcji masy dzięki zoptymalizowanym topologicznie projektom i konsolidacji konwencjonalnie montowanych komponentów.
P: Czy wymagana jest jakakolwiek obróbka cieplna po obróbce części tytanowych wykonanych metodą fuzji elektrycznej?
Odp.: Tak, odprężanie, prasowanie izostatyczne na gorąco, obróbka w roztworze i starzenie to wymagane procesy obróbki cieplnej dla drukowanych w 3D komponentów tytanowych w celu osiągnięcia stabilności wymiarowej, transformacji mikrostrukturalnej i optymalnych właściwości mechanicznych, takich jak twardość, wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności.
P: Który skład stopu tytanu jest preferowany do zastosowań w implantach medycznych - Ti64 czy Ti6242?
O: Podczas gdy zarówno Ti6Al4V, jak i Ti6242 tworzą biokompatybilne implanty drukowane dopasowane do anatomii pacjenta, chirurdzy ortopedzi preferują stop o niższej zawartości wanadu ze względu na obawy związane z osseointegracją zapobiegającą wzrostowi kości, więc Ti6242 jest częściej używany.
Uzyskaj najnowszą cenę
Informacje o Xmetto
Kategoria produktu
GORĄCA WYPRZEDAŻ
KONTAKT
Masz pytania? Wyślij nam wiadomość teraz! Po otrzymaniu wiadomości obsłużymy Twoją prośbę całym zespołem.
