뛰어난 중량 대비 강도, 내식성 및 생체 적합성을 갖춘 티타늄은 항공우주, 의료, 자동차 및 산업 응용 분야에서 적층 제조를 위한 매우 가치 있는 소재입니다. 이 개요에서는 다양한 티타늄 분말과 해당 특성, 후처리 처리, 주요 글로벌 공급업체, 산업별 사용 사례에 대해 살펴봅니다.
개요 티타늄 암 파우더
티타늄은 주요 특성으로 인해 분말 베드 융합 및 지향성 에너지 증착 AM 공정에 이상적인 소재입니다:
- 높은 강도 - 종종 어닐링된 티타늄을 능가하는 동시에 Ti-6Al-4V와 경쟁합니다.
- 저밀도 - 높은 중량 대비 강도 비율, 인쇄 부품 무게 감소
- 내식성 - 보호 표면 산화물 쉴드
- 생체 적합성 - 의료 기기 및 임플란트에 적합
- 합금 기능 - 강도 및 경도와 같은 속성 맞춤화
- 비용 효율성 - 블록 가공에 비해 재료 낭비 감소
- 90%+를 초과하는 바이투플라이 비율 - 최적화된 설계로 무게와 재료 절약
티타늄은 AM이 제공하는 설계의 자유로움과 결합하여 새로운 잠재적 응용 분야를 열어줍니다.
AM용 티타늄 합금 분말 옵션
오늘날 널리 활용되는 티타늄 합금에는 상업적으로 순도 높은 등급, 알파 및 알파-베타 합금, 티타늄 6242와 같은 새로운 독점 등급이 있습니다.
일반적인 티타늄 합금 구성
| 합금 | Al% | V% | Fe% | O% | 기타 |
|---|---|---|---|---|---|
| CP Ti 1등급 | – | – | ≤ 0.20 | ≤ 0.18 | – |
| CP Ti 2등급 | – | – | ≤ 0.30 | ≤ 0.25 | – |
| Ti-6Al-4V | 5.5-6.5 | 3.5-4.5 | ≤ 0.25 | ≤ 0.13 | – |
| Ti 6242 | 5.8-6.8 | – | ≤ 0.30 | ≤ 0.20 | Mo, Zr |
미량 산소, 질소 및 탄소는 최적의 AM 처리 및 기계적 특성을 보장하기 위해 엄격하게 제한됩니다.
사양 티타늄 암 파우더
결함이 없는 고밀도 AM 부품에는 입자 크기 분포가 제어된 고순도 구형 티타늄 분말이 필요합니다.
티타늄 분말 입자 크기 분포
| 측정 | 사양 |
|---|---|
| 크기 범위 | 15 - 45μm |
| 평균 입자 크기 | 25-35 μm |
| 파티클 모양 | 주로 구형 |
구형은 파우더의 퍼짐성을 촉진합니다. 제어된 분포는 도포 중 분리 문제를 방지하고 재활용성을 높입니다.
AM 티타늄 부품의 후처리 절차
적층 제조된 티타늄 부품의 일반적인 후처리 옵션은 다음과 같습니다:
후처리 방법
스트레스 해소
저온 에이징은 제작 과정에서 발생하는 잔류 응력을 제거하여 잠재적인 뒤틀림과 균열을 방지합니다.
표면 마감
정밀한 치수를 위해 표면 마감을 개선하고, 날카로운 모서리를 부러뜨리거나 미적 외관을 개선합니다.
열간 등방성 프레스
고온과 등압을 동시에 적용하여 내부 다공성을 조밀화합니다. 동적 최종 사용 애플리케이션에 필요합니다.
열처리
Ti-6Al-4V 및 기타 티타늄 합금의 미세 구조를 변경하여 연성 및 피로 수명과 같은 기계적 특성을 향상시킵니다.
가공
그물 모양에 가까운 AM 부품의 베어링 및 씰링 표면에 고정밀 치수와 표면 마감을 제공합니다.
티타늄 분말을 위한 적층 제조 기술
최신 금속 3D 프린팅은 미세 티타늄의 미세 용접을 사용하여 복잡한 부품을 제작합니다. 두 가지 일반적인 접근 방식이 있습니다:
티타늄 AM 공정 옵션 비교
| 방법 | 설명 | 혜택 | 제한 사항 |
|---|---|---|---|
| 파우더 베드 퓨전 | 레이저 또는 전자빔이 디지털 모델에 따라 파우더 베드 영역을 선택적으로 융합합니다. | 최종 사용 기능성 티타늄 부품에 적합한 탁월한 기하학적 기능과 소재의 다양성 | DED보다 느린 빌드 속도, 머신 베드로 인한 크기 제한 |
| 직접 에너지 증착 | 집중된 열원이 금속 분말 스프레이 노즐을 녹입니다. | 더 큰 구성 요소 가능; 누적 제작 면적. 수리 및 코팅에 이상적입니다. | 표면 마감 불량, 높은 다공성 - 광범위한 후처리가 필요함 |
레이저 기반 접근 방식은 정밀도와 소재 성능 덕분에 현재 고순도 티타늄 합금 인쇄에 가장 널리 채택되고 있습니다.
응용 티타늄 암 파우더
단위 중량당 높은 기계적 성능과 같은 티타늄 소재의 장점과 AM 설계의 자유로움 덕분에 다음과 같은 응용 분야가 있습니다:
티타늄 AM 부품을 채택하는 산업
항공우주 - 엔진 브래킷, 드론 부품, 위성 부품
의료 및 치과 - 임플란트, 보철물, 수술 기구
자동차 - 모터 스포츠 장비, 커스텀 브라켓
석유 및 가스 - 심해 툴링, 밸브 및 펌프
전력 생성 - 경량 임펠러, 터빈 블레이드
Ti-6242와 같은 새로운 엔지니어링 합금은 고성장 부문에서 티타늄의 기능을 더욱 강화합니다.
티타늄 프린트 파우더의 주요 공급업체
신뢰할 수 있는 적층 제조 공정을 위한 구형 티타늄 분말의 주요 생산업체는 다음과 같습니다:
티타늄 분말 제조업체
| 회사 | 공통 성적 | 가격/Kg |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, Ti-6242, 2등급, 23 | $50 – $350 |
| 린데 그룹 | Ti-6Al-4V, 등급 2, 23, 5 | $200 – $600 |
| Wolfram 금속 분말 | Ti-6Al-4V, 5등급 | $100 – $500 |
| 샌드빅 | Ti-6Al-4V | $120 – $310 |
가격은 순도 표준, 분말 크기 매개변수, 인증된 화학물질, 구매량에 따라 크게 달라집니다.
자주 묻는 질문
의료용 또는 치과용 3D 프린팅 부품에 가장 적합한 티타늄 합금 등급은 무엇인가요?
최적의 생체 적합성과 높은 피로 성능이 필요한 생체 불활성 임플란트 응용 분야에는 엄격한 화학적 제어가 적용된 의료용 5등급 티타늄을 권장합니다.
티타늄 프린트 파우더에 낮은 산소 함량이 중요한 이유는 무엇인가요?
높은 산소는 과도한 티타늄 산화물로 이어져 용융 능력, 연성, 피로 수명 및 기계적 성능을 저하시킵니다. 산소는 0.18~0.2% 수준으로 유지하도록 제한됩니다.
후처리 처리를 통해 가장 큰 이점을 얻을 수 있는 티타늄 합금은 무엇인가요?
Ti-6Al-4V에 대한 탁월한 이중 열처리로 인장 강도를 향상시키는 동시에 연성을 개선합니다. 2등급 티타늄은 어닐링 완화 후 노화 반응을 통해 가장 높은 인장 이득을 달성합니다.
티타늄 AM 부품에 표면 마감이 필요합니까?
정밀 CNC 가공, 연삭/연마, EDM, 샷 피닝, 아노다이징, 플라즈마 전해 산화 등 표면 개선을 통해 치수 정확도, 마찰학, 미관 또는 비활성화 요구 사항을 가장 잘 해결할 수 있는 특정 응용 분야가 있습니다.
티타늄 분말 주문 인쇄를 위해 공급업체를 어떻게 평가해야 하나요?
적층 제조업체와 설계자가 합리적인 가격을 넘어 적격 티타늄 분말 공급업체로 인정받기 위해 사용하는 주요 핵심 특성으로는 구형 형태, 입자 크기 분포의 엄격한 제어, 매우 낮은 기체 불순물 함량(특히 산소 및 질소), 엄격한 품질 관리 시스템을 통한 로트 추적성, 대응 가능한 기술 전문성, 샘플링 가능성, 표준화된 사내 테스트 프로토콜을 입증하는 인증 등이 있습니다.