Yüksek mukavemet-ağırlık oranı, sıcaklık performansı, korozyon direnci ve dayanıklılığı ile titanyum, kritik ticari ve endüstriyel uygulamalarda katmanlı üretim için olağanüstü bir malzemedir. Modern toz yatağı füzyon yaklaşımlarının sağladığı karmaşık tasarım özgürlükleri ile eşleştirildiğinde, titanyum tozu 3d baskı yeni potansiyelin kilidini açar.
Bu genel bakış kılavuzu, yararlanılan yaygın titanyum alaşımlarını, elde edilen ilgili mekanik özellikleri, özellikleri daha da geliştirmek için işlem sonrası işlemleri, yüksek saflıkta baskı tozları sağlayan mevcut tedarikçileri ve son kullanım endüstrisine göre pratik kullanım örneklerini araştırmaktadır. Karşılaştırma tabloları, farklı titanyum malzemelerin ve baskı yöntemlerinin göreceli güçlerini vurgulamaktadır.
Titanyum tozu 3d baskıya genel bakış
Geleneksel eksiltmeli işleme ile karşılaştırıldığında, ince titanyum metal tozu hammaddeleri kullanan eklemeli baskı sağlar:
- Azaltılmış Hammadde Atığı - 90%'ye göre yüksek satın alma-uçuş oranı
- Düşük Bileşen Kütlesi - optimize edilmiş hafifletme
- Tasarım Özgürlüğü - karmaşıklık alet erişimi ile sınırlı değildir
- Özelleştirme - sahaya özgü özellik uyarlama
- Basitleştirilmiş Montajlar - entegre bileşenler
- Performans İyileştirmeleri - döküm ve dövmeden daha güçlü
Hem lazer toz yatağı füzyonu hem de yönlendirilmiş enerji biriktirme (DED) teknikleri karmaşık titanyum parçaları başarıyla üretebilir. Yüksek saflıkta baskı tozundan başlayarak tüm AM iş akışı boyunca kalite güvencesi, güvenilir, tutarlı ve yüksek performanslı bileşenler sağlar.
3D Baskı için Titanyum Alaşım Seçenekleri
Katkılı uygulamalar için kullanılan en yaygın titanyum malzeme çeşitleri arasında ticari olarak saf kaliteler ve titanyum 6Al-4V (Ti64) bulunmaktadır. Ti6462 gibi gelişmekte olan alaşımlar gelişmiş kapasite sağlar.
Standart Titanyum Baskı Alaşımları Matrisi
| Alaşım | Kompozisyon | Özellikler | Yaygın Kullanımlar |
|---|---|---|---|
| CP Sınıf 1 | Ti 99,2%, Fe/O/N/C sınırları | Mükemmel korozyon direnci, ortalama mekanik özellikler | Kimyasal tesisler, denizcilik |
| CP Sınıf 2 | Ti 99,4%, Fe/O/N/C sınırları | Gr1'den daha iyi mukavemet, aynı derecede korozyona dayanıklı | Havacılık ve uzay uçak gövdeleri, implantlar |
| Ti-6Al-4V | Ti 90%, Al 6%, V 4% | Daha sert, Mükemmel güç/ağırlık oranı | Havacılık ve motor sporları |
| Ti6462 | Ti Bal, Al 5,8-6,8%, Mo 3% | Yüksek yorulma direnci. Havacılık ve uzay özellikleri geliştirilme aşamasında | Yeni nesil havacılık bileşenleri |
Fe, C, N ve O gibi eser elementler, AM için katı kimya gereksinimlerini karşılamak üzere yoğun bir şekilde kontrol edilmektedir.
Özellikler için titanyum tozu 3d baskı
Kontrollü parçacık boyutu dağılımı, minimum iç gözeneklilik ve sıkı kimyasal saflık seviyelerine sahip küresel tozlar, titanyum kullanarak yüksek kaliteli baskı için zorunludur.
Toz Hammadde Partikül Standartları
| Ölçüm | Gereksinim |
|---|---|
| Boyut Aralığı | 15 - 53 mikron |
| Ortalama Parçacık Boyutu | 25-35 mikron |
| Parçacık Şekli | Son Derece Küresel |
| Görünür Yoğunluk | 2,7 - 3,7 g/cm3 |
| Musluk Yoğunluğu | 3,2 - 4,2 g/cm3 |
Standartlar, baskı döngüleri sırasında toz yatağı paketlemesini ve yayılma davranışını iyileştirmek için morfolojik parametreleri sıkılaştırır.
Titanyum AM Parçaları için İşlem Sonrası Yöntemler
Basılı titanyum bazlı bileşenlerin malzeme performansını iyileştirmek için uygulanan yaygın işlem sonrası teknikler:
Kullanılan Birincil Sonradan Tedaviler
Stres Giderici
Artık gerilmeleri gidermek için düşük sıcaklıkta yaşlandırma. Potansiyel çarpılma veya çatlamayı önler.
Yüzey İşlemleri
Hassas boyutları geliştirir, keskin kenarları kırar veya dış estetik görünümü pürüzsüzleştirir.
HIP (Sıcak İzostatik Presleme)
Eş zamanlı yüksek sıcaklık ve izostatik basınç, AM süreçlerinden kaynaklanan iç boşlukları/gözenekliliği yoğunlaştırır.
Isıl İşlem
Sünekliği, kırılma tokluğunu ve yorulma ömrünü optimize etmek için Ti-6Al-4V'nin mikroyapısını değiştirir.
Talaşlı İmalat
Ağ şekline yakın parçaların CNC ile işlenmesiyle en iyi şekilde ele alınan son derece sıkı boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi sağlar.
Titanyum için Metal 3D Baskı Tekniklerinin Karşılaştırılması
Modern teknikler, sıkı inert ortamlarda hassas lazer eritme veya elektron ışınları kullanarak ince titanyum tozunun mikro kaynağını kolaylaştırır:
Titanyum Baskı Süreci Seçenekleri Matrisi
| Yöntem | Açıklama | Avantajlar | Sınırlamalar |
|---|---|---|---|
| Lazer Toz Yatağı Füzyonu | Lazer, CAD modeli girdisine dayalı olarak toz yatağı bölgelerini seçici olarak kaynaştırır | En yüksek ticari benimseme; nihai kullanıma en uygun malzeme özellikleri | Nispeten daha yavaş inşa hızları |
| Elektron Işınıyla Eritme | Elektron ışını, yüksek vakumda yapı plakası üzerine yayılmış tozu kaynaştırır | Parçadan parçaya olağanüstü tutarlılık; büyük potansiyel yapı hacimleri | Sıkı atmosfer kontrolleri olmadan reaktif elemental titanyum işlemenin zorluğu |
| Doğrudan Enerji Biriktirme | Odaklanmış lazer, baskı alanını etkileyen metal tozu spreyini eritir | Daha büyük bileşenler uygulanabilir; onarımlar mümkün | Belirgin gözeneklilik titanyumun mekanik performansını zorlar |
Lazer tabanlı toz yatağı yaklaşımları, hassas boyutsal doğruluk ve malzeme saflığı sayesinde zorlu titanyum bileşenlerin basılmasında ağırlıklı olarak benimseniyor.
Titanyum Metal AM Parça Uygulamaları
Titanyumun geniş bir sıcaklık aralığında sağladığı uyarlanabilir mekanik özellikler, hafiflik, korozyon ve biyolojik inertlik, titanyum için çok uygundur:
Titanyum 3D Baskıyı Benimseyen Çeşitli Sektörler
Havacılık ve Uzay - Motor braketleri, drone parçaları, uydu ekipmanları Motorsporları - Bağlantı çubukları, emme manifoldları, turboşarjlar Medikal & Dental - Özel ortopedik implantlar, protezler Petrol ve Gaz - Boru hattı bağlantı parçaları, derin su vanaları/pompaları Enerji Üretimi - Hafif iticiler ve türbin kanatları
Gelişmiş mühendislik metalürjisi ile karmaşık düşük hacimli bileşenler üretme yeteneği, titanyumun benimsenmesini hızlandırır. Tedarik zincirindeki ortaklıklar malzeme izlenebilirliği ve süreç tekrarlanabilirliği sağlar.
Endüstriyel Tedarikçiler Sağlayan titanyum tozu 3d baskı
Özellikle eklemeli üretim süreçleri için yüksek saflıkta küresel titanyum tozları sağlayan liderler öne çıkıyor:
Titanyum Toz Üreticileri Matrisi
| Şirket | Ortak Notlar | Tipik Fiyatlandırma, $/Kg |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, Gr2, Gr5, Ti6462 | $100 – $500 |
| LPW Teknoloji | Ti-6Al-4V, Gr23, Ti64 | $150 – $600 |
| Tekna | Ti-6Al-4V | $250 – $400 |
| Sandvik | Ti-6Al-4V | $200 – $350 |
$/Kg bazındaki aralık önemli ölçüde saflık, toz boyutu dağılımı sıkılığı, örnekleme, gerekli sertifikalar ve satın alma hacimlerine bağlıdır. Yerel tedarik zinciri teslim sürelerini kısaltmaya yardımcı olur.
SSS
Hangi titanyum alaşım tozu tıbbi cihazlar ve implantlar için en uygun olarak kabul edilir?
Mükemmel biyouyumluluğu ve olağanüstü yüksek döngülü yorulma performansı sayesinde, ASTM F67 uyarınca tıbbi sınıf 5 titanyum, hastaya yönelik cihazlar ve yük taşıyan implant uygulamaları için ideal olan sıkı kimya kontrollerini karşılar.
Titanyum AM toz hammaddeleri kaç kez yeniden kullanılabilir?
Titanyum baskı tozları, tekrarlanan termal döngüden kaynaklanan kabul edilebilir oksijen toplama seviyeleri üzerinde sıkı izleme protokollerinin harmanlama ve eleme yoluyla maksimum eşiklerin altında tutulduğu varsayılarak, yenilenmeden önce tipik olarak 5-10 kez etkili bir şekilde yeniden kullanılabilir.
Herhangi bir son işlem yapılmadan lazerle eritilmiş titanyum parçalar için hangi yoğunluk beklenmelidir?
Optimize edilmiş işleme parametrelerine sahip bir toz yatağı sisteminden çıkarıldıktan hemen sonra, 98%'nin üzerinde neredeyse tam yoğunluklar, benzer performans elde etmek için kapsamlı aşağı akış işlemleri gerektiren döküm veya dövme ürünlere rakip olacak ve onları aşacak şekilde inşa edilmiş titanyum bileşenler için beklenmelidir.
Yorulma ömrünü en çok artıran post-processing tekniği hangisidir?
Döngüsel gerilimleri gören önemli Ti-6Al-4V alaşım parçaları için Sıcak İzostatik Presleme (HIP), erimiş toz partikülleri arasındaki kaçınılmaz lokalize mikro büzülme etkilerinden kaynaklanan metal AM işlemlerinden sonra tipik olarak mevcut olan iç boşlukları ve artık gözenekliliği en aza indirerek ~30%'ye kadar daha uzun yorulma ömürleri sağlar.
Yönlendirilmiş enerji biriktirme teknikleri dışında başka hangi yüzey geliştirme yöntemleri titanyum AM parçalarını başarılı bir şekilde değiştirir?
Plazma transferli ark (PTA), yüksek hızlı hava yakıtı (HVAF) ve yüksek hızlı oksijen yakıtı (HVOF) kaynak teknikleri gibi termal sprey teknolojileri, seramikler de dahil olmak üzere kalın koruyucu dış kaplamalara izin verir; soğuk sprey, kalınlaştırılmış bölümler ve aşınma korumaları sağlayan yüzeylere tozları etkiler; lazer kaplama veya lazer metal biriktirme, üstün metalurjik bağlanma yoluyla korozyon, sürtünme ve darbe direncini artıran ek metal alaşımlarını kaplar.
