Titanium TI-64 untuk logam pencetakan 3Ddisingkat Ti-64, adalah paduan titanium kelas kedirgantaraan yang banyak digunakan untuk aplikasi manufaktur aditif penting di seluruh kedirgantaraan, medis, otomotif, dan teknik umum. Panduan ini memberikan gambaran teknis metalurgi serbuk Ti-64 termasuk komposisi, data sifat mekanik, detail pemrosesan AM, pasca-perawatan, aplikasi, analisis biaya, spesifikasi produk, dan perbandingan dengan nilai titanium alternatif.
Gambaran umum titanium ti-64 untuk logam cetak 3d
Paduan titanium Ti-6Al-4V (Grade 5) memberikan keseimbangan optimal antara kekuatan, ketangguhan patah, dan ketahanan terhadap korosi yang dikombinasikan dengan biokompatibilitas yang telah terbukti - menjadikannya pilihan material yang paling banyak digunakan untuk komponen logam cetak 3D yang sangat penting di seluruh industri.
Seiring dengan perkembangan AM dari pembuatan prototipe hingga produksi seri untuk komponen kedirgantaraan yang siap terbang plus implan khusus pasien, Ti-64 telah menjadi serbuk patokan yang menjadi bahan perbandingan material baru.
Ini menawarkan:
- Rasio kekuatan-terhadap-berat yang sangat baik
- Kekerasan tinggi dan ketangguhan patah hingga 550 MPa
- Keuletan untuk geometri yang kompleks
- Biokompatibilitas dan non-toksisitas
- Silsilah yang telah teruji selama beberapa dekade
- Rantai pasokan yang tersedia dan efisiensi biaya
Lanjutkan membaca untuk mendapatkan informasi teknis yang mendalam tentang pendekatan metalurgi serbuk untuk membuat komponen titanium Ti-64 cetak 3D.
Komposisi dan Desain Paduan
Paduan titanium Ti-64 sebagian besar terdiri dari titanium dengan tambahan campuran aluminium dan vanadium:
| Elemen | Berat % | Peran |
|---|---|---|
| Titanium (Ti) | Keseimbangan, ~90% | Ketahanan korosi, biokompatibilitas |
| Aluminium (Al) | 5.5-6.75% | Penguat larutan padat |
| Vanadium (V) | 3.5-4.5% | Penstabil fase |
| Besi (Fe) | <0.3% | Kontaminan |
| Oksigen (O) | <0.2% | Kontaminan |
Elemen-elemen seperti karbon, nitrogen, dan hidrogen diminimalkan karena dapat menurunkan sifat mekanik. Konsentrasi besi dan oksigen juga dijaga tetap rendah.
Aluminium menstabilkan fase alfa sementara vanadium membentuk endapan beta yang memperkuat pada perlakuan panas yang tepat. Fabrikasi fase ganda ini memberikan performa yang sangat baik.
Properti Utama Ti-64
- Kekuatan Hasil: 880 MPa
- Kekuatan Tarik: 950 MPa
- Perpanjangan: 14%
- Kekerasan: 350 Brinell
- Batas kelelahan: 500 MPa
- Ketangguhan Patah Tulang: 75 MPa√m
- Kekuatan Geser: 690 MPa
- Modulus Young: 115 GPa
- Kepadatan 4,43 g/cc
- Titik Leleh: 1604°C
Sifat-sifat ini sangat bergantung pada perlakuan panas yang tepat yang akan dibahas nanti. Nilai juga sedikit berbeda antara proses AM wire-fed vs powder bed yang membutuhkan penyesuaian parameter.
Titanium TI-64 untuk logam pencetakan 3D Produksi
Aplikasi medis dan kedirgantaraan memerlukan kontrol yang ketat untuk menghasilkan produk yang bebas dari cacat, sehingga pembuatan serbuk mengikuti spesifikasi yang ketat:
| Langkah-langkah | Detail |
|---|---|
| Pengecoran Ingot | Tiga cetakan ingot yang dilebur dengan busur dengan kontrol kimia yang ketat |
| Peleburan ulang | Pemurnian VAR atau ESR opsional untuk penggunaan penting |
| Atomisasi Gas | Ledakan gas argon inert bertekanan tinggi membentuk tetesan halus |
| Pengayakan | Beberapa tahap klasifikasi sesuai standar distribusi ukuran partikel (PSD) |
| Pengkondisian | Pengeringan, pencampuran, aditif aliran |
| Pengujian Akhir | PSD, laju aliran Hall, uji kimia, citra SEM |
| Pengemasan | Kaleng atau botol berisi argon yang tahan lembab |
Karakteristik yang menonjol:
- Morfologi partikel bulat dengan sedikit satelit
- Bedak yang dapat mengalir tanpa menggumpal atau mengeras
- Pita PSD terkendali dengan distribusi mayoritas antara 15 mikron hingga 45 mikron
- Bahan kimia yang sesuai dengan nilai ASTM F2924 dan F3001
- Batch yang konsisten dengan data yang dapat diulang di seluruh volume produksi yang besar
- Penelusuran dokumen ke sumber coran ingot
Kontrol produksi yang begitu ketat memastikan cetakan bebas cacat yang andal setelah penyesuaian parameter mesin yang divalidasi.
Aplikasi titanium ti-64 untuk logam cetak 3d
Biokompatibilitas paduan ini ditambah rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi sesuai dengan berbagai aplikasi penting:
Dirgantara
- Braket struktural, sekat, dan bagian roda pendaratan
- Baling-baling dan baling-baling turbin
- Komponen interior pesawat
Medis & Gigi
- Implan ortopedi seperti lutut, sendi pinggul, dan sangkar tulang belakang
- Penyangga dan jembatan gigi
- Instrumen bedah yang membutuhkan sterilisasi
Otomotif
- Piston ringan, batang penghubung
- Komponen mobil mewah dan balap termasuk katup
Pengolahan Kimia
- Bagian penanganan cairan yang tahan korosi seperti pipa, katup
- Filter dan rumah yang sesuai dengan makanan/farmasi
Ti-64 cetak 3D juga melihat peningkatan adopsi untuk industri bernilai tinggi seperti robotika, barang olahraga, dan manajemen termal elektronik yang memanfaatkan kebebasan desain.
Selanjutnya, kami akan membahas lebih dalam tentang teknik fusi bedak serbuk populer yang digunakan untuk memproses serbuk paduan serbaguna ini untuk komponen jadi yang sangat penting.
Pencetakan 3D Logam Menggunakan Bubuk Titanium Ti-64
Baik teknologi laser maupun teknologi powder bed sinar elektron memadukan Ti-64 hingga mencapai kepadatan penuh di seluruh pelat build lapis demi lapis:
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF)
- Peleburan laser selektif (SLM) dan sintering laser logam langsung (DMLS)
- Laser serat Yb atau Nd: YAG berdaya tinggi yang terfokus
- Atmosfer argon lembam dengan kadar oksigen di bawah 500 ppm
- Pemantauan optik waktu nyata dari kolam lelehan
Fusi Bedengan Serbuk Berkas Elektron (E-PBF)
- Berkekuatan 60kV hingga 150kV berkas elektron dalam ruang hampa udara
- Laju pemindaian sinar ultrafast di atas 25.000 mm/detik
- Produktivitas tinggi untuk komponen yang lebih kecil
- Penetrasi yang lebih dalam mengelas titanium dengan lebih mudah
Untuk komponen yang lebih besar, metode deposisi energi terarah (DED) yang diumpankan dengan kawat memungkinkan penambahan material di atas struktur dasar. Beberapa pendekatan AM memungkinkan pengoptimalan mekanik dan hasil akhir permukaan.
Manfaat
- Geometri kompleks yang tidak didukung dalam pengecoran atau pemesinan
- Mengurangi waktu tunggu dan biaya yang lebih rendah vs langkah subtraktif
- Pemborosan material yang minimal dan rasio beli-ke-terbang melebihi 90%
- Hasil yang konsisten di seluruh build yang panjang setelah diputar
- Kebebasan desain memungkinkan peningkatan performa
Namun demikian, untuk mendapatkan hasil yang maksimal, pra dan pasca-pemrosesan yang cermat sangatlah penting.
Langkah-langkah Pra dan Pasca Pemrosesan
Mencapai hasil rakitan yang bebas dari cacat melibatkan protokol yang terintegrasi:
Pra-Pemrosesan
- Matriks uji pengoptimalan parameter pada mesin khusus
- Memantau kondisi bubuk dan menggunakan kembali rasio pencampuran
- Perlakuan panas awal untuk memastikan karakteristik partikel yang seragam
- Penempatan dan orientasi komponen secara hati-hati pada pelat rakitan
Pengolahan pasca
- Melepaskan bagian dari pelat melalui gergaji kawat-EDM / pita
- Pemesinan dan penyelesaian hilir yang ekstensif
- Pengepresan isostatik panas (HIP) untuk menghilangkan rongga internal
- Perlakuan panas solusionalisasi, penuaan dan stabilisasi
- Pengujian validasi jaminan kualitas akhir
Kontrol pemrosesan yang begitu komprehensif memungkinkan memanfaatkan potensi penuh dari manufaktur aditif dengan menggunakan Ti-64, tidak hanya mengandalkan printer saja.
Spesifikasi
Batch paduan Ti-64 untuk pengguna medis atau kedirgantaraan memerlukan sertifikasi:
| Parameter | Nilai-nilai Khas |
|---|---|
| Kimia sesuai AMS 4928 | Tabel di atas |
| Distribusi ukuran partikel | D10 20μm, D50 35μm, D90 50μm |
| Morfologi | Sebagian besar satelit + bola |
| Kepadatan yang tampak | 2,7 - 3,2 g/cc |
| Kerapatan ketukan | 3,2 - 4,0 g/cc |
| Laju aliran | 30 - 35 detik untuk 50g, corong Hall |
| Analisis oksigen permukaan | <2000 ppm |
| Kotoran | Fe <3000 ppm, H<100 ppm |
Pengayakan khusus ke dalam pita yang lebih ketat dapat dilakukan, tetapi meningkatkan biaya. Pencocokan parameter mesin AM klien dan pemeriksaan kualitas yang disetujui memastikan pengulangan kinerja di seluruh pekerjaan produksi.
Titanium TI-64 untuk logam pencetakan 3D Analisis Ketersediaan dan Biaya
Ti-6Al-4V kelas dirgantara memiliki harga premium di atas nilai Ti standar berkat peleburan khusus, pengujian QC yang ketat, dan rekayasa bentuk bubuk:
| Produk | Kuantitas | Kisaran Harga |
|---|---|---|
| Bubuk R&D Ti-64 | 0,5 kg | $500+ |
| Bubuk Prototipe Ti-64 | 10 kg | $150+ per kg |
| Ti-64 Bubuk produksi | 1000+ kg | $50+ per kg |
Biaya tetap berada di sisi yang lebih tinggi tetapi terus membaik karena AM meningkatkan penggunaan paduan Ti-64 yang memungkinkan pengoptimalan skala produksi yang ekonomis. Sampel R&D kecil sekarang dapat dibeli tanpa MOQ tetapi pekerjaan produksi memerlukan perkiraan pesanan.
Membandingkan Ti-64 vs Paduan Titanium Alternatif
Meskipun Ti-64 memiliki adopsi terluas, namun kelas lain sekarang bersaing sebagai opsi alternatif AM:
| Paduan | Kekuatan | Daktilitas | Ketahanan Oksidasi | Biaya |
|---|---|---|---|---|
| Ti-64 (Ti-6Al-4V) | Sangat Tinggi | Sedang | Sedang | $$$ |
| Ti-5553 (Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr) | Sangat tinggi | Sedang | Lebih baik | $$$ |
| Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) | Tinggi | Lebih tinggi | Bagus. | $$ |
| Ti-48Al-2Cr-2Nb (Ti4822) | Sedang | Rapuh | Terbaik | $$$$ |
Manfaat Utama dari Ti-64 konvensional adalah:
- Silsilah material yang telah terbukti selama lebih dari 30+ tahun
- Permukaan akhir yang lebih halus dalam pembuatan AM
- Protokol perlakuan panas yang ditetapkan
- Data yang diizinkan untuk kualifikasi desain
- Tersedia dengan pasokan yang kompetitif
Keterbatasan Ti-64:
- Bukan titanium dengan kekuatan tertinggi yang mutlak
- Rentan terhadap oksidasi termal tanpa kontrol
- Membutuhkan Pengepresan Isostatik Panas (HIP) yang ekstensif
Dengan demikian, setiap pengorbanan yang dipamerkan yang dijelaskan membantu memilih nilai yang dioptimalkan per persyaratan aplikasi.
Ringkasan
Manufaktur aditif memberikan kebebasan yang belum pernah ada sebelumnya kepada para insinyur untuk merancang komponen titanium Ti-64 berkinerja tinggi yang tidak tertandingi oleh teknik lama. Dengan menggabungkan kemampuan digital yang muncul dengan data material yang luas yang divalidasi selama lebih dari 30+ tahun dalam bidang kedirgantaraan dan medis, para insinyur dapat menggunakan geometri cetak 3D baru yang inovatif yang memanfaatkan manfaat Ti-64 dengan risiko kualifikasi yang lebih rendah. Namun, kontrol yang cermat masih tetap penting di seluruh pembuatan bubuk, penanganan penyimpanan, pemrosesan AM logam, serta perawatan pasca-pemrosesan untuk memanfaatkan potensi penuh dari paduan kekuatan tinggi yang serbaguna ini.