Inconel 3D Baskıya Genel Bakış
Inconel 3D baskıInconel alaşımları ile eklemeli üretim olarak da bilinen Inconel, 3D baskı teknolojileri kullanılarak Inconel metal tozlarından bileşenlerin üretilmesini ifade eder. Inconel, yüksek mukavemet, korozyon direnci ve ısı direnci özellikleriyle bilinen nikel-krom bazlı bir süper alaşım ailesidir. Inconel 3D baskının temel özelliklerinden bazıları şunlardır:
- Geleneksel üretimle mümkün olmayan karmaşık, hafif geometrilerin üretilmesine olanak sağlar
- Dövülmüş Inconel parçalarla karşılaştırılabilir iyi mekanik özellikler ve malzeme performansı
- Parçalar, kalıplara veya özel takımlara ihtiyaç duyulmadan talep üzerine basılabilir
- Küçük seri üretim için azaltılmış teslim süresi ve maliyetler
- Topoloji optimizasyonu ile optimize edilmiş şekiller ve tasarımlar oluşturabilme
- Inconel 3D baskı parçalarını kullanan çok çeşitli endüstriler arasında havacılık, otomotiv, petrol ve gaz, tıbbi, kimyasal işleme
Inconel 3D baskının dikkate alınması gereken bazı avantajları ve sınırlamaları:
Inconel 3D Baskının Avantajları
- Karmaşık geometriler ve hafif yapılar
- Özelleştirilmiş, optimize edilmiş tasarımlar
- Azaltılmış atık - sadece gerekli miktarda malzeme kullanın
- Daha kısa teslim süreleri, küçük partiler için daha düşük maliyetler
- Tasarım değişiklikleri ve yinelemeleri yapmak kolay
- Konsolide montajlar ve azaltılmış parça sayısı
- Minimum sipariş miktarı olmadan talep üzerine parça satın alın
Inconel 3D Baskının Sınırlamaları
- Büyük üretim hacimleri için daha yüksek maliyetler
- Paslanmaz çelikler gibi diğer metallere göre daha düşük yapı hızları
- İstenen yüzey kalitesini elde etmek için işlem sonrası gerekebilir
- Anizotropik malzeme özellikleri
- Düzenlemeye tabi sektörlerde yeterlilik ve belgelendirme gereklilikleri
- 3D baskı için sınırlı sayıda nitelikli Inconel alaşım kalitesi
3D Baskıda Kullanılan Inconel Alaşım Türleri
3D baskı işlemlerinde kullanılmak üzere çeşitli Inconel süper alaşım kaliteleri geliştirilmiştir. Kullanılan en yaygın Inconel alaşımları şunlardır:
| Inconel Alaşım | Temel Özellikler |
|---|---|
| Inconel 718 | 700°C'ye kadar mükemmel mukavemet ve korozyon direnci. Havacılık ve uzay bileşenleri için en popüler olanıdır. |
| Inconel 625 | Üstün korozyon direnci, iyi kaynaklanabilirlik ve 980°C'ye kadar dayanım. Kimyasal işleme, denizcilik uygulamaları için kullanılır. |
| Inconel 825 | İyi oksidasyon ve korozyon direnci. Petrol ve gaz bileşenleri, enerji santralleri için kullanılır. |
| Inconel 939 | Yüksek mukavemetli nikel alaşımı 1095°C'ye kadar kararlıdır. Gaz türbini motor parçaları için kullanılır. |
3D baskı potansiyeli olan diğer Inconel alaşımları:
- Inconel X-750
- Inconel 909
- Inconel 939ER
Inconel için 3D Baskı Süreçleri
Inconel süper alaşımlarının basılması için çeşitli eklemeli üretim süreçleri kullanılmaktadır:
| Süreç | Nasıl Çalışır | Avantajlar | Sınırlamalar |
|---|---|---|---|
| Toz Yatağı Füzyonu - Lazer | Lazer toz katmanlarını seçici olarak eritir | İyi hassasiyet, yüzey kalitesi | Nispeten yavaş |
| Toz Yatağı Füzyonu - Elektron Işını | Elektron ışını toz katmanlarını eritir | Lazerden daha yüksek yapı hızları | Vakum odası gereksinimi |
| Yönlendirilmiş Enerji Biriktirme (DED) | Odaklanmış termal enerji kaynağı, biriktirme sırasında metal tozu veya tel hammaddesini eritir | Malzeme ekleyerek parçaları onarabilir ve kaplayabilir | Daha pürüzlü yüzey kalitesi, son işlem gerekli |
| Binder Jetting | Sıvı bağlayıcı madde toz partiküllerini seçici olarak birleştirir | Nispeten hızlı, düşük maliyetli | Daha düşük yoğunluk ve mukavemet, infiltrasyon gerekli |
Anahtar süreç parametreleri: Lazer gücü, tarama hızı, tarama aralığı, katman kalınlığı, yapı oryantasyonu, destek yapıları, ön ısıtma sıcaklığı ve işlem sonrası adımlar. İstenen özellikleri elde etmek için proses parametrelerinin her Inconel alaşımı için optimize edilmesi gerekir.
Inconel 3D Baskı Uygulamaları
Eklemeli olarak üretilen Inconel parçalarını kullanan temel endüstriler ve uygulamaları:
| Endüstri | Tipik Uygulamalar |
|---|---|
| Havacılık ve Uzay | Türbin kanatları, pervaneler, yanma odası gömlekleri, valfler, muhafazalar, braketler |
| Petrol ve Gaz | Kuyu içi aletler, vanalar, kuyu başı bileşenleri, boru bağlantı parçaları |
| Enerji Üretimi | Isı eşanjörleri, türbin kanatları, muhafazalar, bağlantı elemanları |
| Otomotiv | Turboşarj gövdeleri, motor valfleri, egzoz bileşenleri |
| Kimyasal İşleme | Proses kabı iç parçaları, ısı eşanjörü parçaları, vanalar, pompalar |
| Tıbbi | Diş implantları, protezler, cerrahi aletler |
3D baskının benzersiz yetenekleri, onu optimize edilmiş şekil ve tasarımlara sahip karmaşık Inconel parçalarının imalatı için uygun hale getirir. Bileşenlerin hafifletilmesi sağlanabilir.
Inconel 3D Baskılı Parçalar için Özellikler
Inconel 3D baskılı parçalar için dikkate alınması gereken önemli parametreler ve özellikler:
| Parametre | Tipik Aralık/Değerler |
|---|---|
| Boyutsal Doğruluk | ± 0,1-0,2% veya ± 50 μm |
| Yüzey Pürüzlülüğü (Ra) | Basıldığı gibi: 8-15 μm <br> İşlem sonrası: 1-4 μm |
| Gözeneklilik | Lazer PBF için 0,5-2% <br> 5-10% infiltrasyondan önce bağlayıcı püskürtme için |
| Duvar Kalınlığı | Minimum 0,3-0,5 mm |
| Mekanik Özellikler | Dövülmüş malzemenin 15% içindeki mukavemeti <br> Uzama 10-35% |
| Çalışma Sıcaklıkları | Inconel 718 için 700°C'ye kadar <br> Inconel 939 için 1000°C'nin üzerinde |
Inconel 3D baskı için kritik tasarım ilkeleri:
- Kendinden destekli özellikler için minimum duvar kalınlığı
- Açılı yüzeylerin 45 dereceden fazla olması destek gerektirebilir
- Karmaşık geometriler için önerilen geniş fileto yarıçapları
Inconel Baskılı Parçalar için İşlem Sonrası Yöntemler
As-baskılı Inconel parçaları için yaygın işlem sonrası adımlar:
- Yapı plakasından çıkarma: Kesme, tel EDM
- Destek kaldırma: Mekanik uzaklaştırma, termal gerilim giderme, kimyasal çözünme
- Stres giderici: Kalıntı gerilmeleri gidermek için çözeltiye alma sıcaklığının altında ısıl işlem
- Yüzey bitirme: İşleme, taşlama, parlatma, aşındırıcı akış işleme, vibrasyonlu finisaj
- Sıcak izostatik presleme (HIP): İç boşlukları kapatmak ve malzeme özelliklerini iyileştirmek için ısı ve izostatik basınç uygular
Son işlem, nihai parça kalitesini ve performansını iyileştirmek için kritik öneme sahiptir. Kullanılan yöntemler uygulama gereksinimlerine bağlıdır.
Tasarım İlkeleri ve Öneriler
Inconel 3D baskılı parçaları optimize etmek için temel tasarım önerileri:
- Destek gerektiren sarkan özellikleri en aza indirin
- Destek yapılarını azaltmak için parçaları yönlendirin
- Deformasyona eğilimli ince çıkıntılı özelliklerden kaçının
- Gerilmeleri azaltmak için geniş iç yarıçaplar kullanın
- Tasarımlarda termal genleşmeye izin verin - Inconel 13 x 10-6 m/m°C termal genleşme katsayısına sahiptir
- Yapı yönüne bağlı olarak anizotropik malzeme özelliklerini hesaba katın
- İşlem sonrası için uygun datumlar, toleranslar ve yüzey kaplamaları tasarlayın
- Baskıdan önce CAE araçlarını kullanarak yapıları ve termal gerilimleri simüle edin
Topoloji optimizasyonu gerçekleştirmek ve parçaları özellikle 3D baskı için yeniden tasarlamak, ağırlık tasarrufu, performans iyileştirmeleri ve maliyet azaltma açısından maksimum fayda sağlar.
Inconel 3D Baskı Hizmetleri için Tedarikçiler
Birçok servis bürosu, çeşitli işlemler kullanarak Inconel 3D baskı hizmetleri sunmaktadır:
| Şirket | Süreçler | Inconel Kaliteleri | Hizmet Verilen Sektörler |
|---|---|---|---|
| Materialise | Lazer PBF, Binder Jetting | 718, 625, 800 | Havacılık ve uzay, otomotiv, genel endüstri |
| 3D Sistemler | Lazer PBF, DED | 718, 625, 939 | Petrol ve gaz, havacılık, otomotiv |
| GE Katkı Maddesi | Lazer PBF, Binder Jetting | 718, 625, 800H, 939 | Havacılık ve uzay, petrol ve gaz, enerji üretimi |
| Voestalpine | Lazer PBF, DED | 718, 625, 800H | Havacılık ve uzay, petrol ve gaz, otomotiv |
| Hoganas | Binder Jetting | 718, 625 | Havacılık ve uzay, otomotiv, genel endüstri |
EOS, Velo3D, SLM Solutions, Renishaw ve AddUp dahil olmak üzere birçok yazıcı OEM'i de Inconel baskı hizmetleri sunmaktadır. Hem lazer PBF hem de DED işlemleri yaygın olarak mevcuttur.
Inconel 3D Baskı için Maliyet Analizi
| Süreç | Yapı Oranı | Parça Boyutu | Teslim Süresi | Parça Başına Maliyet |
|---|---|---|---|---|
| Lazer PBF | 5-15 cm3/saat | 50 cm3 | 1-2 hafta | $250-$1000 |
| DED | 25-100 cm3/saat | 500 cm3 | 1 hafta | $100-$500 |
| Binder Jetting | 20-50 cm3/saat | 1000 cm3 | 1 hafta | $50-$200 |
Maliyetler aşağıdakilere göre değişir:
- Parça boyutu, geometri karmaşıklığı, üretim hacimleri
- Malzeme maliyetleri - Inconel tozu pahalıdır
- Tasarım, işlem sonrası adımlar için işçilik
- Yeterlilik ve belgelendirme gereklilikleri
Prototipleme ve küçük üretim hacimleri için, 3D baskı Inconel, işleme veya döküm ile karşılaştırıldığında çok uygun maliyetlidir. DED en ekonomik süreçtir.
Inconel 3D Baskı için Satıcı Nasıl Seçilir
Inconel 3D baskı hizmetleri için bir satıcı seçerken dikkat edilmesi gereken önemli noktalar:
- Tecrübe: Inconel alaşımları ile çalışılan yıl sayısı, hizmet verilen sektörler, vaka çalışmaları
- Teknik yetenekler: Sunulan işlemler, basılan Inconel kaliteleri, parça boyutu sınırları, ikincil işlemler
- Kalite sertifikaları: ISO 9001, AS9100, Nadcap onayları kalite yönetimini göstermektedir
- Parça doğrulama: Malzeme testi, süreç doğrulama, kalite kontrolleri gerçekleştirildi
- İşlem sonrası: Gerilim giderme, Sıcak İzostatik Presleme, işleme, son işlem hizmetleri
- Teslim süreleri: Parçaları hızlı bir şekilde teslim edebilme becerisi esastır
- Müşteri desteği: AM rehberliği için tasarım, topoloji optimizasyonu, baskı izleme, parça denetimleri
- Maliyet: Baskı ve malzeme maliyetleri, işçilik oranları, hacim indirimleri, sertifikalar
Inconel 3D baskı ile tam ölçekli üretime başlamadan önce birden fazla tedarikçiyle iletişime geçin, yetenekleri karşılaştırın, tedarikçileri nitelemek için test kuponları isteyin.
Inconel 3D Baskının Artıları ve Eksileri
| Avantajlar | Dezavantajlar |
|---|---|
| Diğer proseslerle mümkün olmayan karmaşık geometriler | Inconel tozu için nispeten yüksek malzeme maliyetleri |
| Tasarımların hafifletilmesi ve optimizasyonu | Talaşlı imalattan daha düşük boyutsal hassasiyet ve daha yüksek yüzey pürüzlülüğü |
| Parça konsolidasyonu ve azaltılmış montajlar | Sınırlı sayıda nitelikli Inconel kalitesi |
| Düşük hacimli üretim için azaltılmış teslim süreleri ve maliyetler | İstenen malzeme özelliklerini elde etmek için genellikle işlem sonrası gereklidir |
| Minimum malzeme israfı | Anizotropik malzeme özellikleri |
| Talep üzerine üretim, minimum sipariş miktarı yok | Düzenlemeye tabi sektörlerde yeterlilik ve belgelendirme gereklilikleri |
| Tasarımları değiştirmek ve yinelemek kolay | Termal gerilmeler parça bozulmalarına neden olabilir |
Inconel 3D Baskının Üretimdeki Rolü
Inconel 3D baskının üretimde yerine getirdiği kilit roller:
- Prototip Üretimi: Tasarım doğrulaması için Inconel bileşenlerinin hızlı ve düşük maliyetli prototiplenmesi
- Köprü Aletleri: Prototiplemeden tam ölçekli üretime geçiş sırasında kalıpları, fikstürleri, jigleri hızlı bir şekilde üretmek
- Parça Konsolidasyonu: Daha düşük ağırlık ve maliyet için montajların yeniden tasarlanması ve parçaların birleştirilmesi
- Toplu Özelleştirme: Müşteri gereksinimlerine göre kişiselleştirilmiş Inconel parçalarının kolaylaştırılması
- Yedek Parçalar: Toplu üretim ve stoklama yerine ihtiyaç duyulduğunda yedek parçaların talep üzerine üretilmesi
- Tedarik Zinciri Esnekliği: Üretimin lokasyonlar arasında kolayca kaydırılmasını sağlar ve tedarik zinciri aksaklıklarını azaltır
- Kısa koşular: Düşük hacimlerde ihtiyaç duyulan küçük Inconel parça partilerinin ekonomik üretimi
Katmanlı üretimin benzersiz yetenekleri, onu karmaşık Inconel bileşenlerinin imalatı için geleneksel üretim süreçlerinin değerli bir tamamlayıcısı haline getirmektedir.
Inconel 3D Baskının Geleceği
Inconel 3D baskının önümüzdeki yıllarda önemli ölçüde büyümesi bekleniyor:
- AM süreçleri için optimize edilmiş yeni Inconel süper alaşımlarının geliştirilmesi
- Daha yüksek otomasyon ve tekrarlanabilirlik seviyelerine sahip geliştirilmiş yazıcılar
- Daha yüksek üretim hızları ve daha yüksek üretim hacmi
- Genişletilmiş parça boyutu yetenekleri
- AM ve eksiltici süreçleri birleştiren hibrit üretim
- Destek yapılarının optimizasyonunu sağlayan yazılım geliştirmeleri
- Havacılık ve tıp gibi yüksek düzeyde düzenlemeye tabi sektörlerde artan benimseme
- Takım, kalıp, jig ve fikstür gibi gelişmekte olan alanlardaki uygulamalar
- Parça onarımları ve satış sonrası hizmetler için AM kullanımı
Teknoloji daha da olgunlaştıkça, Inconel 3D baskı, talep üzerine yüksek performanslı metal parçalar üretme kabiliyeti nedeniyle daha fazla endüstride ana akım haline gelecektir.
SSS
S: 3D baskıda kullanılan farklı Inconel alaşım türleri nelerdir?
C: 3D baskıda kullanılan en yaygın Inconel alaşımları Inconel 718, 625, 800 ve 939'dur. Her biri farklı uygulamalar için uygun spesifik sıcaklık, korozyon ve oksidasyon direnci özelliklerine sahiptir.
S: 3D baskılı Inconel'in mekanik özellikleri dövme Inconel parçalarına kıyasla nasıldır?
C: Optimize edilmiş proses parametreleri kullanıldığında, 3D baskılı Inconel bileşenleri, dövme malzemenin 15%'si dahilinde gerilme mukavemeti sergiler. Bununla birlikte, kopma uzaması açısından süneklik, AM Inconel parçaları için, dövme için 40-50%'ye karşılık 10-35% aralığında daha düşüktür.
S: Inconel 3D baskılı parçalar üzerinde hangi işlem sonrası yöntemler kullanılıyor?
C: Yaygın son işlem adımları arasında destek kaldırma, gerilim giderici ısıl işlem, Sıcak İzostatik Presleme (HIP), işleme, taşlama, parlatma ve diğer son işlem süreçleri yer alır. Bu, yüzey kalitesini, boyutsal doğruluğu ve malzeme özelliklerini iyileştirmeye yardımcı olur.
S: Inconel 3D baskı herhangi bir özel ekipman veya altyapı gerektiriyor mu?
C: Inconel alaşımlarının basılması, inert gaz odaları, yüksek güçlü lazerler veya elektron ışınları ve vakum sistemleri ile donatılmış özel toz yataklı füzyon veya yönlendirilmiş enerji biriktirme yazıcıları gerektirir. İnce Inconel tozunun işlenmesi de özel önlemler ve prosedürler gerektirir.
S: Inconel 3D baskıyı kullanan bazı sektör örnekleri nelerdir?
C: Inconel 3D baskıyı kullanan kilit endüstriler arasında havacılık, petrol ve gaz, enerji üretimi, kimyasal işleme, otomotiv ve medikal bulunmaktadır. Türbin kanatları, ısı eşanjörü bileşenleri, valfler ve protezler gibi parçalar genellikle Inconel'de 3D olarak basılır.
S: Büyük Inconel parçalarını 3D yazdırmak mümkün mü?
C: Boyut yetenekleri genişlerken, Inconel 3D baskılı parçaların çoğu şu anda hacim olarak 1 fit küpten daha azdır. Çok büyük parçalar için, yönlendirilmiş enerji biriktirme (DED), toz yatağı füzyon işlemlerinden daha fazla yapı boyutu esnekliği sunar. AM ve eksiltici süreçleri birleştiren hibrit üretim de daha büyük Inconel parçalarını mümkün kılmaktadır.
S: Inconel 3D baskı herhangi bir özel tasarım hususu gerektiriyor mu?
C: Temel tasarım ilkeleri arasında çıkıntıların en aza indirilmesi, termal gerilmelere izin verilmesi, uygun toleransların ve yüzey kaplamalarının kullanılması ve destekleri azaltmak için parçaların en uygun şekilde yönlendirilmesi yer alır. AM için topoloji optimizasyonu ve yeniden tasarım maksimum fayda sağlar.
S: Inconel 3D baskının temel faydaları nelerdir?
C: Inconel 3D baskının temel faydaları, döküm veya dövme ile mümkün olmayan karmaşık geometriler üretme yeteneği, düşük hacimli üretim için azaltılmış teslimat süreleri ve maliyetler, optimize edilmiş hafif tasarımlar, parça konsolidasyonu ve talep üzerine üretim kabiliyetidir.
S: Inconel 3D baskının maliyeti diğer metal AM süreçlerine kıyasla nasıl?
C: Inconel tozları paslanmaz çelik ve titanyum gibi diğer metallerden daha pahalıdır. Zorlu baskı parametreleriyle birleştiğinde bu, Inconel 3D baskıyı, baskı çelikleri veya titanyum alaşımlarına kıyasla parça başına daha maliyetli hale getirir.
