Genel Bakış 3 boyutlu baskı titanyum tozu
Titanyum, havacılık, otomotiv, tıp ve diğer zorlu uygulamalar için karmaşık geometrilerin 3D baskısı için ideal olan güçlü, hafif, korozyona dayanıklı bir metaldir. Titanyum tozu, seçici lazer eritme (SLM) ve elektron ışını eritme (EBM) gibi toz yatağı füzyon teknolojileri kullanılarak mükemmel mekanik özelliklere sahip tam yoğunluklu metal parçalar basmak için kullanılabilir.
Bu makale, bileşimi, özellikleri, spesifikasyonları, uygulamaları, artıları / eksileri, tedarikçileri, maliyetleri ve daha fazlasını kapsayan 3 boyutlu baskı titanyum tozu için kapsamlı bir kılavuz sağlar.
Bileşimi 3 boyutlu baskı titanyum tozu
Katmanlı üretim için titanyum tozu neredeyse tamamen titanyum elementinden oluşur. Bununla birlikte, az miktarda alüminyum, vanadyum, demir, oksijen, nitrojen ve karbon gibi diğer elementler de bulunabilir.
Toz Yatak Füzyonu için Titanyum Kaliteleri
| Sınıf | Kompozisyon |
|---|---|
| Ti 6Al-4V | 90% titanyum, 6% alüminyum, 4% vanadyum |
| Ti 6Al-4V ELI | Ti 6Al-4V ile aynıdır ancak ara oksijen, demir ve nitrojen için daha düşük limitlere sahiptir |
| Ticari Olarak Saf Titanyum Sınıf 1 | 99,2% Minimum Titanyum |
| Ticari Olarak Saf Titanyum Sınıf 2 | 99,5% Minimum Titanyum |
| Ticari Olarak Saf Titanyum Sınıf 3 | 99,8% Minimum Titanyum |
| Ticari Olarak Saf Titanyum Sınıf 4 | 99,9% Minimum Titanyum |
Ti 6Al-4V, mükemmel mukavemet-ağırlık oranı, kaynaklanabilirliği ve korozyon direnci nedeniyle günümüzde eklemeli imalatta kullanılan en yaygın kalitedir. ELI varyantı gelişmiş süneklik ve kırılma tokluğuna sahiptir.
Ticari olarak saf titanyum kaliteleri daha düşük mukavemete sahiptir, ancak tıbbi implantlar için daha iyi biyouyumluluğa sahiptir. Daha yüksek oksijen içeriğine sahip Grade 5 titanyum genellikle toz yatak füzyonu için kullanılmaz.
Özellikleri 3 boyutlu baskı titanyum tozu Parçalar
3D baskılı titanyum parçalar, tasarım özgürlüğü avantajıyla birlikte geleneksel olarak üretilen titanyuma benzer veya onu aşan özellikler elde edebilir.
Mekanik Özellikler
| Mülkiyet | Ti 6Al-4V | Ti 6Al-4V ELI | CP Ti Sınıf 2 |
|---|---|---|---|
| Çekme Dayanımı | 930 - 1050 MPa | 860 - 965 MPa | 345 - 485 MPa |
| Akma Dayanımı | 825 - 890 MPa | 795 - 875 Mpa | ≥ 275 MPa |
| Kopma Uzaması | 8 – 15% | ≥10% | 20% |
| Yorulma Dayanımı | ≥ 400 MPa | ≥ 550 MPa | 275 - 550 MPa |
| Kırılma Tokluğu | 55 - 115 MPa√m | ≥ 100 MPa√m | N/A |
3D baskılı titanyum, geleneksel titanyum üretim yöntemleriyle karşılaştırılabilir sertlik, sertlik ve aşınma direncine sahiptir. Sıcak izostatik presleme (HIP) gibi işlem sonrası işlemler malzeme özelliklerini daha da iyileştirebilir.
Avantajlar
- Yüksek mukavemet/ağırlık oranı
- Korozyon direnci
- Biyouyumluluk ve osseointegrasyon
- Topoloji optimizasyonu için tasarım özgürlüğü
- Eksiltici yöntemlere kıyasla daha az atık
- Konformal soğutma kanalları performans artışı sağlar
Sınırlamalar
- Oksijen ile yüksek reaktivite kullanımı zorlaştırır
- Gözeneklilik gibi baskı kusurları yorulma ömrünü azaltabilir
- Pahalı toz malzeme ve geri dönüşüm zorlukları
- Malzeme özelliklerine ulaşmak için işlem sonrası gerekebilir
Özellikleri 3 boyutlu baskı titanyum tozu
Katmanlı üretim için kullanılan titanyum tozunun partikül boyutu dağılımı, morfoloji, kimya ve diğer özellikler için titiz standartları karşılaması gerekir.
Boyut Dağılımı
| Parametre | Tipik Değer | Rol |
|---|---|---|
| Parçacık boyutu aralığı | 15 - 45 mikron | Minimum özellik çözünürlüğünü, toz yayılabilirliğini belirler |
| D10 | 20 mikron | Daha ince toz fraksiyonunu gösterir |
| D50 | 30 mikron | Medyan parçacık boyutu |
| D90 | 40 mikron | Daha büyük partikülleri gösterir |
| Görünür yoğunluk | 2,7 g/cc | Toz yatağının paketlenmiş yoğunluğu, tekrar üretilebilirliği etkiler |
Toz, düzgün toz yayılımı için az sayıda uydu ile neredeyse küresel bir morfolojiye sahip olmalıdır. Kimya, düşük safsızlık seviyeleri ile kalite spesifikasyonlarına uygun olmalıdır.
Diğer Kritik Özellikler
- Akışkanlık
- Artık oksijen ve nitrojen içeriği
- Görünür ve musluk yoğunluğu tutarlılığı
- Geri Dönüştürülebilirlik
- Proses ile kimyasal uyumluluk
- Kullanım özellikleri
Her parametre için katı kalite gerekliliklerinin karşılanması, hatasız üretimler için kritik öneme sahiptir.
Uygulamaları 3 boyutlu baskı titanyum tozu
| Endüstri | Uygulama | Advantages of 3D Printing Titanium |
|---|---|---|
| Aerospace & Aviation | – Aircraft components (wing parts, landing gear components) – Rocket engine parts – Satellite structures | – Hafifletme: Reduced weight translates to increased fuel efficiency and longer flight ranges. – Yüksek Mukavemet-Ağırlık Oranı: Titanium parts can be strong yet light, crucial for aircraft performance. – Tasarım Özgürlüğü: Complex, internal structures can be printed for optimized performance and weight distribution. |
| Medikal & Dental | – Implants (hip replacements, knee replacements, dental implants, cranial implants) – Surgical instruments – Custom prosthetics | – Biyouyumluluk: Titanium is well-tolerated by the human body, minimizing risk of rejection. – Özelleştirme: 3D printing allows for patient-specific implants that perfectly match their anatomy for improved fit and function. – Porous Structures: Implants can be printed with a porous structure that encourages bone ingrowth for better long-term stability. |
| Otomotiv | – High-performance engine components (connecting rods, pistons) – Lightweight car parts – Racing components | – Strength & Durability: Titanium withstands high temperatures and pressure common in engines. – Ağırlık Azaltma: Lighter parts contribute to improved fuel economy and handling. – Karmaşık Geometriler: 3D printing allows for intricate internal channels for cooling or oil flow. |
| Consumer Goods & Sports | – High-end bicycles frames – Sports prosthetics – Jewelry and eyewear | – Unique Design & Customization: 3D printing enables personalized designs and features. – Strength & Lightweight: Ideal for applications requiring both durability and minimal weight. – Biyouyumluluk: Suitable for prosthetics and some jewelry applications that come into contact with skin. |
| Petrol ve Gaz | – Downhole tools & equipment – Corrosion-resistant pipes & valves | – Korozyon Direnci: Titanium excels in harsh environments with exposure to chemicals and saltwater. – Yüksek Mukavemet: Withstands the high pressure and stress encountered in oil and gas extraction. – Ağırlık Azaltma: Lighter tools can be easier to maneuver in deep wellbores. |
| Research & Development | – Prototyping complex parts – Testing new designs and materials | – Rapid Iteration: 3D printing allows for quick creation and testing of new designs. – Tasarım Özgürlüğü: Complex geometries can be printed for research purposes. – Material Exploration: Allows for printing with different titanium alloys or composites for property evaluation. |
3d baskı titanyum tozu tedarikçileri
Çoğu titanyum tozu tedarikçisi, katkılı üretim için özel olarak üretilmiş Ti 6Al-4V sınıfı sunmaktadır. Bazıları özel alaşım tasarım hizmetleri de sunmaktadır.
Başlıca Titanyum Tozu Şirketleri
| Şirket | Verilen Sınıflar | Hizmetler |
|---|---|---|
| AP&C | Ti 6Al-4V, Ti 6Al-4V ELI | Özel alaşım geliştirme |
| Tekna | Ti 6Al-4V, Ti 6Al-4V ELI | Gelişmiş plazma sferoidizasyonu |
| Marangoz Katkısı | Ti 6Al-4V, Ti 6Al-4V ELI | Kapsamlı QA testi |
| Praxair | Ti 6Al-4V | Azot atomizasyonu |
| Epoch | Ticari Olarak Saf Titanyum | Küçük miktarlı siparişler |
EOS ve SLM Solutions gibi birçok 3D yazıcı OEM'i de ilişkili titanyum tozları sunmaktadır. Geri dönüştürülmüş tozlar daha düşük maliyetlidir ancak daha yüksek safsızlık seviyelerine sahiptir.
Titanyum Tozu Maliyeti
| Sınıf | Morfoloji | Fiyat Aralığı |
|---|---|---|
| Ti 6Al-4V | Küresel | Kg başına $350-$1000 |
| Ti 6Al-4V ELI | Küresel | $500-$2000 kg başına |
| CP Ti sınıf 1-4 | Düzensiz | Kg başına $100-$500 |
Maliyet önemli ölçüde sipariş hacmine, kaliteye, tedarikçi marjlarına ve geri dönüşüme bağlıdır.
Artıları ve Eksileri 3 boyutlu baskı titanyum tozu
| Özellik | Artıları | Eksiler |
|---|---|---|
| Malzeme Özellikleri | * Yüksek Mukavemet-Ağırlık Oranı: Titanium boasts exceptional strength while remaining lightweight, ideal for applications demanding weight reduction in aerospace and automotive industries. * Korozyon Direnci: Titanium’s natural resistance to corrosion makes it perfect for components exposed to harsh environments like marine or chemical settings. * Biyouyumluluk: The biocompatible nature of titanium allows for its safe use in medical implants, promoting osseointegration (fusion with bone) for long-term functionality. | * Sınırlı Malzeme Seçimi: Compared to traditional manufacturing with a wider variety of materials, 3D printing with titanium powder is currently restricted to a specific range of titanium alloys. |
| Design and Production | * Tasarım Özgürlüğü: 3D printing unlocks the creation of complex geometries previously impossible with traditional subtractive manufacturing methods. This allows for intricate designs that optimize performance and reduce weight. * Hızlı Prototipleme: The ability to quickly print prototypes from digital models facilitates faster design iterations and product development cycles. * Azaltılmış Malzeme Atığı: Unlike subtractive manufacturing that generates significant scrap, 3D printing with titanium powder uses only the necessary material for the design, minimizing waste and production costs. | * Yüksek İlk Yatırım: The cost of 3D printers specifically designed for titanium powder can be substantial, making it an investment primarily suitable for high-value applications or large production facilities. * İşlem Sonrası Gereksinimler: 3D printed titanium parts often require additional post-processing steps such as heat treatment, support removal, and surface finishing to achieve the desired mechanical properties and aesthetics. |
| Uygulamalar | * Havacılık ve uzay: The ability to create lightweight, high-strength components for aircraft structures, airframes, and engine parts makes titanium 3D printing a valuable tool in the aerospace industry. * Tıbbi: Biocompatible titanium implants like prosthetics, dental implants, and cranial implants benefit from 3D printing’s ability to create customized parts for patient-specific needs. * Motor sporları: Weight reduction is crucial in motorsports. 3D printed titanium components like pistons, connecting rods, and suspension parts contribute to improved performance and handling. | * Limited Availability and Expertise: The specialized equipment and expertise required for 3D printing titanium powder can limit its widespread adoption, particularly for smaller manufacturers or applications with lower production volumes. * Güvenlik Endişeleri: The process of handling titanium powder can pose health risks due to its flammability and potential for respiratory issues. Proper safety protocols and equipment are essential for a safe working environment. |
Titanyum Baskı İşlemlerinin Karşılaştırılması
| Süreç | Teknoloji | Material Feedstock | Build Envelope (in³) | Avantajlar | Dezavantajlar | Uygulamalar |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Elektron Işınıyla Eritme (EBM) | A high-powered electron beam melts titanium powder layer-by-layer in a vacuum chamber. | Titanyum tozu | Up to 50 x 50 x 50 | – Excellent surface finish and dimensional accuracy – Strong, near-net-shape parts with high strength-to-weight ratio – Minimal residual stress | – High cost of equipment and operation – Limited build envelope compared to other methods – Rough surface texture on non-support surfaces | – Aerospace components (turbine blades, landing gear) – Medical implants (hip sockets, dental implants) |
| Lazer Işınıyla Eritme (LBM) | A high-powered laser beam melts titanium powder layer-by-layer in an inert gas environment. | Titanyum tozu | Up to 120 x 120 x 120 | – High precision and resolution – Wide range of compatible titanium alloys – Good mechanical properties | – Requires a sealed chamber with inert gas – Higher laser power consumption compared to EBM | – Medical and dental implants – Automotive parts (lightweight components) – Aerospace components (structural parts) |
| Yönlendirilmiş Enerji Biriktirme (DED) | A focused energy source (laser or electron beam) melts titanium wire or powder, depositing it onto a substrate layer-by-layer. | Titanium wire or powder | Up to 1000 x 1000 x 1000 | – Large build envelope for printing large-scale parts – Faster printing speeds compared to powder bed fusion – Can be used for repair and cladding applications | – Lower resolution and surface finish compared to LBM/EBM – Higher risk of warping and distortion – Limited support for complex geometries | – Large-scale structural components (bridges, pressure vessels) – Repair of existing parts – Functional prototypes |
| Binder Jetting (BJ) | A liquid binder jethead selectively deposits a binder onto a bed of titanium powder, creating a solid green part. The part is then debound and sintered. | Titanium powder and liquid binder | Up to 700 x 500 x 500 | – Lower cost per part compared to other methods – Suitable for printing complex geometries with internal channels – Wide range of materials (not limited to titanium) | – Relatively weak parts after debinding, requiring sintering – Lower mechanical properties compared to fusion methods – Post-processing steps can be time-consuming | – Non-critical automotive components (interior parts) – Medical prototypes – Low-stress functional parts |
Titanyum Tozu ve Baskılı Parçalar için Standartlar
| Aspect | Standards Organizations | Önemli Hususlar | Typical Standards |
|---|---|---|---|
| Powder Feedstock | ASTM International (ASTM), ISO | – Chemical composition – Particle size and distribution – Flowability – Powder morphology | – ASTM B348: Standard Specification for Titanium and Titanium-Alloy Strip, Sheet, and Plate – ASTM F3056: Standard Specification for Additive Manufacturing (AM) Titanium Powder – ISO 5832-2: Aerospace series – Metallic materials – Titanium alloy bars, strips and sheets – Part 2: Technical specifications – UNS R56400 (Ti-6Al-4V) |
| Mekanik Özellikler | ASTM Uluslararası (ASTM) | – Tensile strength – Yield strength – Elongation – Fatigue strength – Hardness | – ASTM F136: Standard Specification for Sheet and Plate for Structural Applications – ASTM F3001: Standard Specification for Additive Manufacturing (AM) Powders for Laser Beam Melting – ASTM F3302: Standard Specification for Densification of Titanium and Titanium Alloy Powders by Laser Beam Melting (LBM) |
| Microstructure and Porosity | ASTM Uluslararası (ASTM) | – Grain size – Porosity level and distribution – Surface roughness | – ASTM E112: Standard Test Methods for Determining the Average Grain Size of Metallic Materials – ASTM B924: Standard Test Methods for Examination and Classification of Oxide Discoloration in Titanium – ASTM F2904: Standard Practice for Microstructural Characterization of Additively Manufactured Metal Alloys |
| Part Design for Additive Manufacturing (AM) | ASTM International (ASTM), Wohlers Report | – Minimum wall thickness – Design for support structures – Internal features and lattice structures – Surface roughness considerations | – ASTM F4269: Standard Practice for Additive Manufacturing with Powder Bed Fusion of Metals – Wohlers Report [Wohlers Report on Additive Manufacturing State of the Industry] – Design guidelines from machine manufacturers |
| Non-Destructive Testing (NDT) | ASTM Uluslararası (ASTM) | – X-ray radiography – Computed tomography (CT) – Ultrasonic testing – Eddy current testing | – ASTM E1742: Standard Practice for Radiographic Examination of Metallic Materials for Porosity and Inclusions – ASTM F2789: Standard Test Method for Computed Tomography (CT) Imaging of Additive Manufacturing (AM) Processes – ASTM E114: Standard Practice for Ultrasonic Examination of Metallic Materials – ASTM E2194: Standard Guide for Electromagnetic (Eddy Current) Testing of Metal Products |
| İşlem Sonrası | ASTM Uluslararası (ASTM) | – Heat treatment – Hot Isostatic Pressing (HIP) – Machining and finishing | – ASTM F67: Standard Test Method for Determining the Shear Strength of Titanium Screws and Pins – ASTM B967: Standard Specification for Chemical Descaling, Electrocleaning, and Passivation of Titanium and Titanium Alloys – Machining and finishing guidelines from machine manufacturers |
SSS
3D baskı için en iyi titanyum alaşımı hangisidir?
Ti 6Al-4V, mükemmel mekanik özellikleri ve korozyon direnci ile ticari kullanılabilirliği nedeniyle şu anda eklemeli üretim için kullanılan en yaygın titanyum alaşımı tozudur. Ti 6Al-4V ELI, gelişmiş kırılma tokluğu sağlar.
Titanyum parçaları hangi yöntemlerle 3D yazdırabilirsiniz?
Seçici lazer eritme (SLM) ve elektron ışını eritme (EBM) titanyum baskısı için kullanılan başlıca toz yatağı füzyon teknolojileridir. Yönlendirilmiş enerji biriktirme (DED) yöntemleri de yeteneklidir ancak daha fazla gözenekliliğe sahiptir.
Titanyum 3D baskı yaparken desteğe ihtiyaç duyar mı?
Evet, titanyum hızla katılaştığı için baskı sırasında desteklere ihtiyaç duyar. Yüzey kusurlarını ve malzeme israfını önlemek ve aynı zamanda yeterli ankraj sağlamak için dikkatlice optimize edilmiş desteklere ihtiyaç vardır.
Titanyumu 3D yazdırmak mı yoksa işlemek mi daha ucuz?
Tek seferlik özel parçalar için, 3D baskı titanyum genellikle daha ucuzdur çünkü takım gerekmez. Seri üretim için, CNC işleme titanyumu parça başına daha düşük bir maliyete sahip olabilir, ancak daha yüksek ön kurulum masrafları ve malzeme israfı vardır.
3D baskılı titanyum parçalar hangi sektörlerde kullanılıyor?
Havacılık ve uzay, karmaşık bileşenlerdeki satın alma-uçuş oranı iyileştirmeleri sayesinde günümüzde titanyum baskının en büyük uygulayıcısıdır. Medikal, otomotiv, petrol ve gaz, spor malzemeleri ve tüketici sektörleri de 3D baskılı titanyumdan yararlanıyor.
3D baskı için titanyum tozunun maliyeti nedir?
Titanyum tozu, bileşime, kaliteye, sipariş miktarına ve diğer faktörlere bağlı olarak kilogram başına $100-2000 arasında değişebilir. Kritik uygulamalar için Ti 6Al-4V ve Ti 6Al-4V ELI küresel tozları $500/kg'ın üzerinde premium fiyatlandırmaya sahiptir.
3D baskılı titanyum parçaların bazı örnekleri nelerdir?
3D baskı, uçak gövdesi braketleri, türbinler, motor sporları bileşenleri, özelleştirilmiş protezler, uygun şekilde soğutulmuş enjeksiyon kalıpları ve hatta karmaşık kafes tasarımlarından yararlanan gözlük veya mücevher gibi yenilikçi titanyum parçalara olanak tanır.
