Dengan rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi, performa suhu, ketahanan korosi dan daya tahan, titanium merupakan bahan yang luar biasa untuk manufaktur aditif di seluruh aplikasi komersial dan industri yang penting. Dipasangkan dengan kebebasan desain yang kompleks yang difasilitasi oleh pendekatan fusi unggun serbuk modern, pencetakan 3d bubuk titanium membuka potensi baru.
Panduan ikhtisar ini mengeksplorasi paduan titanium yang umum digunakan, sifat mekanik yang sesuai dengan yang dicapai, perawatan pasca-pemrosesan untuk meningkatkan karakteristik lebih lanjut, pemasok yang tersedia yang menyediakan bubuk cetak dengan kemurnian tinggi, dan contoh kasus penggunaan praktis oleh industri pengguna akhir. Tabel perbandingan menyoroti kekuatan relatif dari berbagai bahan titanium dan metode pencetakan.
Gambaran umum pencetakan 3d bubuk titanium
Dibandingkan dengan pemesinan subtraktif konvensional, pencetakan aditif menggunakan bahan baku serbuk logam titanium yang halus:
- Pengurangan Limbah Bahan Baku - rasio buy-to-fly yang tinggi di atas 90%
- Massa Komponen Lebih Rendah - bobot yang dioptimalkan
- Kebebasan Desain - kompleksitas tidak dibatasi oleh akses alat
- Kustomisasi - penyesuaian fitur khusus untuk lokasi tertentu
- Rakitan Sederhana - komponen terintegrasi
- Peningkatan Kinerja - lebih kuat dari cor dan tempa
Baik teknik fusi unggun serbuk laser maupun deposisi energi terarah (DED) dapat membuat komponen titanium yang kompleks dengan sukses. Jaminan kualitas di seluruh alur kerja AM - dimulai dengan bubuk cetak dengan kemurnian tinggi - memberikan komponen berkinerja tinggi yang andal dan konsisten.
Opsi Paduan Titanium untuk Pencetakan 3D
Varian material titanium yang paling umum dimanfaatkan untuk aplikasi aditif termasuk grade murni komersial dan titanium 6Al-4V (Ti64). Paduan yang muncul seperti Ti6462 memberikan kemampuan yang lebih baik.
Matriks Paduan Cetak Titanium Standar
| Paduan | Komposisi | Properti | Penggunaan Umum |
|---|---|---|---|
| CP Kelas 1 | Ti 99.2%, batas Fe/O/N/C | Ketahanan korosi yang sangat baik, mekanik rata-rata | Pabrik kimia, kelautan |
| CP Kelas 2 | Ti 99.4%, batas Fe/O/N/C | Kekuatan yang lebih baik dari Gr1, sama-sama tahan korosi | Badan pesawat kedirgantaraan, implan |
| Ti-6Al-4V | Ti 90%, Al 6%, V 4% | Lebih keras, rasio kekuatan-terhadap-berat yang sangat baik | Kedirgantaraan & olahraga motor |
| Ti6462 | Ti Bal, Al 5.8-6.8%, Mo 3% | Ketahanan lelah yang tinggi. Spesifikasi kedirgantaraan yang sedang dikembangkan | Komponen kedirgantaraan generasi berikutnya |
Elemen jejak seperti Fe, C, N, dan O dikontrol dengan ketat untuk memenuhi persyaratan kimia yang ketat untuk AM.
Spesifikasi untuk pencetakan 3d bubuk titanium
Serbuk bulat dengan distribusi ukuran partikel yang terkendali, porositas internal yang minimal dan tingkat kemurnian kimiawi yang ketat, sangat penting untuk pencetakan berkualitas tinggi dengan menggunakan titanium.
Standar Partikel Bahan Baku Serbuk
| Pengukuran | Persyaratan |
|---|---|
| Kisaran Ukuran | 15 - 53 mikron |
| Ukuran Partikel Rata-rata | 25-35 mikron |
| Bentuk Partikel | Sangat Bulat |
| Kepadatan Nyata | 2,7 - 3,7 g/cm3 |
| Kerapatan Ketuk | 3,2 - 4,2 g/cm3 |
Standar memperketat parameter morfologi untuk meningkatkan pengemasan bedak bubuk dan perilaku penyebaran selama siklus pencetakan.
Metode Pasca-Pemrosesan untuk Suku Cadang Titanium AM
Teknik pasca-pemrosesan yang umum diterapkan untuk meningkatkan performa material dari fitur komponen berbasis titanium yang dicetak:
Pasca Perawatan Utama yang Digunakan
Menghilangkan Stres
Penuaan suhu rendah untuk menghilangkan tegangan sisa. Mencegah potensi lengkungan atau keretakan.
Finishing Permukaan
Meningkatkan dimensi presisi, mematahkan tepi yang tajam atau memperhalus penampilan estetika eksterior.
HIP (Pengepresan Isostatik Panas)
Peningkatan suhu dan tekanan isostatik secara simultan akan memadatkan rongga internal/porositas yang ada dari proses AM.
Perlakuan Panas
Mengubah struktur mikro Ti-6Al-4V untuk mengoptimalkan keuletan, ketangguhan patah, dan umur kelelahan.
Pemesinan
Menghadirkan akurasi dimensi yang sangat ketat dan hasil akhir permukaan yang paling baik ditangani oleh pemesinan CNC bagian bentuk hampir bersih.
Membandingkan Teknik Pencetakan 3D Logam untuk Titanium
Teknik modern memfasilitasi pengelasan mikro bubuk titanium halus menggunakan peleburan laser yang presisi atau sinar elektron dalam lingkungan inert yang ketat:
Matriks Opsi Proses Pencetakan Titanium
| Metode | Deskripsi | Manfaat | Keterbatasan |
|---|---|---|---|
| Fusi Tempat Tidur Bedak Laser | Laser secara selektif memadukan area tempat tidur serbuk berdasarkan masukan model CAD | Adopsi komersial tertinggi; kesesuaian terbaik untuk properti material penggunaan akhir | Kecepatan pembuatan yang relatif lebih lambat |
| Peleburan Berkas Elektron | Serbuk sekering berkas elektron yang disebarkan di atas pelat bangunan dalam ruang hampa udara yang tinggi | Konsistensi yang luar biasa dari bagian ke bagian; potensi volume pembangunan yang besar | Menantang untuk memproses titanium unsur reaktif tanpa kontrol atmosfer yang ketat |
| Deposisi Energi Langsung | Semprotan serbuk logam yang melelehkan laser terfokus yang berdampak pada area cetak | Komponen yang lebih besar dapat digunakan; perbaikan dapat dilakukan | Porositas yang signifikan menantang kinerja mekanis titanium |
Pendekatan powder bed berbasis laser menjadi pilihan utama untuk mencetak komponen titanium yang menuntut ketelitian dimensi dan kemurnian material.
Aplikasi Bagian AM Logam Titanium
Sifat mekanik yang dapat disesuaikan, ringan, tahan korosi dan bio-inertness titanium yang disediakan pada rentang suhu yang luas sangat cocok untuk itu:
Beragam Industri Mengadopsi Pencetakan 3D Titanium
Dirgantara - Braket mesin, suku cadang drone, peralatan satelit Olah Raga Motor - Batang penghubung, intake manifold, turbocharger Medis & Gigi - Implan ortopedi khusus, prostetik Minyak & Gas - Alat kelengkapan pipa, katup/pompa air dalam Pembangkit Listrik - Impeler dan bilah turbin yang ringan
Kemampuan untuk memproduksi komponen bervolume rendah yang kompleks dengan metalurgi rekayasa canggih mempercepat adopsi titanium. Kemitraan di seluruh rantai pasokan memastikan ketertelusuran material dan pengulangan proses.
Pemasok Industri Menyediakan pencetakan 3d bubuk titanium
Pemimpin yang menyediakan serbuk titanium bulat dengan kemurnian tinggi khusus untuk fitur proses manufaktur aditif:
Matriks Produsen Bubuk Titanium
| Perusahaan | Nilai Umum | Harga Umum, $/Kg |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, Gr2, Gr5, Ti6462 | $100 – $500 |
| Teknologi LPW | Ti-6Al-4V, Gr23, Ti64 | $150 – $600 |
| Tekna | Ti-6Al-4V | $250 – $400 |
| Sandvik | Ti-6Al-4V | $200 – $350 |
Kisaran pada basis $/Kg sangat bergantung pada kemurnian, keketatan distribusi ukuran bubuk, pengambilan sampel, sertifikasi yang diperlukan, dan volume pembelian. Rantai pasokan lokal membantu mengurangi waktu tunggu.
PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN
Serbuk paduan titanium mana yang dianggap optimal untuk perangkat medis & implan?
Karena biokompatibilitasnya yang sangat baik yang dipasangkan dengan kinerja kelelahan siklus tinggi yang luar biasa, titanium kelas medis 5 per ASTM F67 memenuhi kontrol kimia yang ketat yang ideal untuk perangkat yang menghadap pasien dan aplikasi implan penahan beban.
Berapa kali bahan baku bubuk titanium AM dapat digunakan kembali?
Serbuk cetak titanium dapat digunakan kembali secara efektif 5-10 kali biasanya sebelum disegarkan, dengan asumsi protokol pemantauan yang ketat atas tingkat pengambilan oksigen yang dapat diterima dari siklus termal berulang dipertahankan di bawah ambang batas maksimum melalui pencampuran dan penyaringan.
Kepadatan apa yang diharapkan untuk komponen titanium yang dilebur dengan laser tanpa pasca-pemrosesan apa pun?
Langsung setelah dikeluarkan dari sistem powder bed dengan parameter pemrosesan yang dioptimalkan, kepadatan yang hampir penuh di atas 98% harus diharapkan untuk komponen titanium as-built, menyaingi dan melampaui produk cor atau tempa yang membutuhkan operasi hilir yang ekstensif untuk mencapai kinerja yang sama.
Teknik pasca-pemrosesan apa yang paling meningkatkan masa pakai?
Untuk komponen paduan Ti-6Al-4V yang menonjol yang mengalami tekanan siklik, Hot Isostatic Pressing (HIP) memberikan masa pakai hingga ~30% lebih lama dengan meminimalkan rongga internal dan porositas residu yang biasanya muncul setelah proses AM logam dari efek penyusutan mikro terlokalisasi yang tak terhindarkan di antara partikel serbuk yang menyatu.
Teknik deposisi energi terarah dari luar, metode peningkatan permukaan apa lagi yang berhasil memodifikasi komponen titanium AM?
Teknologi semprotan termal seperti plasma transferred arc (PTA), bahan bakar udara berkecepatan tinggi (HVAF), dan teknik pengelasan bahan bakar oksigen berkecepatan tinggi (HVOF) memungkinkan pelapisan eksterior pelindung yang tebal termasuk keramik; semprotan semprotan dingin menumbuk serbuk pada permukaan yang memberikan bagian yang menebal dan perlindungan keausan; pelapisan laser atau deposisi logam laser melapisi paduan logam tambahan yang meningkatkan ketahanan terhadap korosi, gesekan, dan benturan melalui ikatan metalurgi yang unggul.
