높은 중량 대비 강도, 온도 성능, 내식성 및 내구성을 갖춘 티타늄은 중요한 상업 및 산업 응용 분야에서 적층 제조를 위한 탁월한 소재입니다. 최신 파우더 베드 융합 방식이 제공하는 복잡한 설계의 자유로움과 결합되어 있습니다, 티타늄 파우더 3D 프린팅 새로운 잠재력을 열어줍니다.
이 개요 가이드에서는 활용되는 일반적인 티타늄 합금, 달성되는 기계적 특성, 특성을 더욱 향상시키기 위한 후처리 처리, 고순도 프린트 파우더를 제공하는 공급업체, 최종 사용 산업별 실제 사용 사례에 대해 살펴봅니다. 비교 표는 다양한 티타늄 소재와 인쇄 방법의 상대적 강점을 강조합니다.
티타늄 분말 3D 프린팅 개요
기존의 감산 가공과 비교하여 미세 티타늄 금속 분말 공급 원료를 사용하는 적층 가공은 다음과 같은 이점을 제공합니다:
- 원자재 낭비 감소 - 90% 이상의 높은 구매 대 비행 비율
- 부품 질량 감소 - 경량화 최적화
- 자유로운 설계 - 도구 액세스로 인해 복잡성이 제한되지 않음
- 사용자 지정 - 사이트별 기능 조정
- 간소화된 어셈블리 - 통합 구성 요소
- 성능 향상 - 주조 및 단조보다 더 강력함
레이저 파우더 베드 융착과 지향성 에너지 증착(DED) 기술 모두 복잡한 티타늄 부품을 성공적으로 제작할 수 있습니다. 고순도 프린트 파우더부터 시작하여 전체 적층 제조 워크플로에 걸친 품질 보증을 통해 안정적이고 일관된 고성능 부품을 제공합니다.
3D 프린팅용 티타늄 합금 옵션
적층 응용 분야에 활용되는 가장 일반적인 티타늄 소재 변형으로는 상업적으로 순수한 등급과 티타늄 6Al-4V(Ti64)가 있습니다. Ti6462와 같은 새로운 합금은 향상된 기능을 제공합니다.
표준 티타늄 프린트 합금 매트릭스
| 합금 | 구성 | 속성 | 일반적인 용도 |
|---|---|---|---|
| CP 1등급 | Ti 99.2%, Fe/O/N/C 한도 | 우수한 내식성, 평균적인 기계적 특성 | 화학 플랜트, 해양 |
| CP 등급 2 | Ti 99.4%, Fe/O/N/C 한도 | Gr1보다 뛰어난 강도, 동등한 내식성 | 항공우주 기체, 임플란트 |
| Ti-6Al-4V | Ti 90%, Al 6%, V 4% | 더 단단하고 뛰어난 무게 대비 강도 비율 | 항공우주 및 모터스포츠 |
| Ti6462 | Ti Bal, Al 5.8-6.8%, Mo 3% | 높은 내피로성. 항공우주 사양 개발 중 | 차세대 항공우주 부품 |
적층 제조에 필요한 엄격한 화학 요건을 충족하기 위해 Fe, C, N, O와 같은 미량 원소는 엄격하게 관리됩니다.
사양 티타늄 파우더 3D 프린팅
티타늄을 사용한 고품질 인쇄를 위해서는 입자 크기 분포가 제어되고 내부 다공성이 최소화되며 화학적 순도가 엄격한 구형 분말이 필수적입니다.
분말 공급 원료 입자 표준
| 측정 | 요구 사항 |
|---|---|
| 크기 범위 | 15 - 53 미크론 |
| 평균 입자 크기 | 25-35 미크론 |
| 파티클 모양 | 높은 구형 |
| 겉보기 밀도 | 2.7 - 3.7g/cm3 |
| 탭 밀도 | 3.2 - 4.2g/cm3 |
표준은 인쇄 주기 동안 파우더 베드 패킹 및 확산 동작을 개선하기 위해 형태학적 파라미터를 강화합니다.
티타늄 AM 부품의 후처리 방법
인쇄된 티타늄 기반 부품의 소재 성능을 개선하기 위해 적용되는 일반적인 후처리 기술이 특징입니다:
사용된 주요 후처리
스트레스 해소
저온 숙성을 통해 잔류 응력을 제거합니다. 잠재적인 뒤틀림이나 균열을 방지합니다.
표면 마감
정밀 치수를 향상시키고 날카로운 모서리를 부수거나 외관을 매끄럽게 만듭니다.
HIP(열간 등방성 프레싱)
온도 상승과 등방압이 동시에 발생하면 AM 공정에서 발생하는 내부 공극/다공성이 조밀해집니다.
열처리
연성, 파단 인성 및 피로 수명을 최적화하기 위해 Ti-6Al-4V의 미세 구조를 변경합니다.
가공
그물 모양에 가까운 부품을 CNC 가공하는 데 가장 적합한 매우 정밀한 치수 정확도와 표면 마감 처리를 제공합니다.
티타늄의 금속 3D 프린팅 기술 비교
최신 기술을 사용하면 좁은 불활성 환경에서 정밀 레이저 용융 또는 전자빔을 사용하여 미세 티타늄 분말의 미세 용접이 용이해집니다:
티타늄 인쇄 프로세스 옵션 매트릭스
| 방법 | 설명 | 혜택 | 제한 사항 |
|---|---|---|---|
| 레이저 파우더 베드 융합 | CAD 모델 입력을 기반으로 파우더 베드 영역을 레이저로 선택적으로 융착합니다. | 최고의 상업적 채택률, 최종 사용 재료 특성에 가장 적합한 적합성 | 상대적으로 느린 빌드 속도 |
| 전자빔 용융 | 전자 빔이 고진공 상태에서 빌드 플레이트에 퍼진 파우더를 융합합니다. | 부품 간 뛰어난 일관성, 대규모 잠재적 빌드 규모 | 엄격한 대기 제어 없이 반응성 원소 티타늄을 처리하는 것은 어려운 일입니다. |
| 직접 에너지 증착 | 집중된 레이저가 인쇄 영역에 영향을 미치는 금속 분말 스프레이를 녹입니다. | 더 큰 구성 요소 가능; 수리 가능 | 심각한 다공성으로 인해 티타늄의 기계적 성능에 어려움이 있습니다. |
레이저 기반 파우더 베드 방식은 정밀한 치수 정확도와 재료 순도 덕분에 까다로운 티타늄 부품을 인쇄하는 데 주로 채택되고 있습니다.
티타늄 금속 3D 프린팅 부품 애플리케이션
티타늄은 광범위한 온도 범위에서 맞춤형 기계적 특성, 경량성, 내식성 및 생체 불활성을 제공하기 때문에 다양한 용도에 적합합니다:
티타늄 3D 프린팅을 채택하는 다양한 산업 분야
항공우주 - 엔진 브래킷, 드론 부품, 위성 장비 모터스포츠 - 커넥팅 로드, 흡기 매니폴드, 터보차저 의료 및 치과 - 맞춤형 정형외과 임플란트, 보철물 석유 및 가스 - 파이프라인 피팅, 심해 밸브/펌프 전력 생성 - 경량 임펠러 및 터빈 블레이드
첨단 엔지니어링 야금 기술로 복잡한 소량 부품을 제조할 수 있는 능력은 티타늄 채택을 가속화합니다. 공급망 전반에 걸친 파트너십을 통해 자재 추적성과 공정 반복성을 보장합니다.
산업 공급업체 제공 티타늄 파우더 3D 프린팅
적층 제조 공정에 특화된 고순도 구형 티타늄 분말을 제공하는 리더는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:
티타늄 분말 생산자 매트릭스
| 회사 | 공통 성적 | 일반 가격, $/Kg |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, Gr2, Gr5, Ti6462 | $100 – $500 |
| LPW 기술 | Ti-6Al-4V, Gr23, Ti64 | $150 – $600 |
| Tekna | Ti-6Al-4V | $250 – $400 |
| 샌드빅 | Ti-6Al-4V | $200 – $350 |
$/Kg 기준의 범위는 순도, 분말 크기 분포의 정밀도, 샘플링, 필요한 인증 및 구매량에 따라 크게 달라집니다. 현지 공급망은 리드 타임을 줄이는 데 도움이 됩니다.
자주 묻는 질문
의료 기기 및 임플란트에 가장 적합한 티타늄 합금 분말은 무엇인가요?
뛰어난 생체 적합성과 높은 사이클 피로 성능을 겸비한 ASTM F67에 따른 의료용 5등급 티타늄은 환자 대면 장치 및 하중을 견디는 임플란트 응용 분야에 이상적인 엄격한 화학적 관리를 충족합니다.
티타늄 AM 파우더 공급 원료는 몇 번이나 재사용할 수 있나요?
티타늄 프린트 파우더는 반복적인 열 순환으로 인한 허용 가능한 산소 흡수 수준에 대한 엄격한 모니터링 프로토콜이 혼합 및 체질을 통해 최대 임계값 이하로 유지된다는 가정 하에 일반적으로 리프레시하기 전에 5~10회 정도 효과적으로 재사용할 수 있습니다.
후처리 없이 레이저로 용융한 티타늄 부품의 밀도는 어느 정도여야 하나요?
최적화된 공정 파라미터를 갖춘 파우더 베드 시스템에서 제거한 직후, 조립식 티타늄 부품의 경우 98% 이상의 거의 완전한 밀도를 기대할 수 있으며, 이는 유사한 성능을 달성하기 위해 광범위한 다운스트림 작업이 필요한 주조 또는 단조 제품에 필적하거나 이를 능가하는 수준입니다.
피로도 수명을 가장 크게 향상시키는 포스트 프로세싱 기법은 무엇인가요?
주기적 응력을 받는 주요 Ti-6Al-4V 합금 부품의 경우, 열간 등방성 프레싱(HIP)은 용융 분말 입자 사이의 불가피한 국부적인 미세 수축 효과로 인해 금속 AM 공정 후 일반적으로 나타나는 내부 공극 및 잔류 다공성을 최소화하여 최대 30%의 피로 수명을 연장합니다.
지향성 에너지 증착 기술 외에 티타늄 AM 부품을 성공적으로 수정하는 다른 표면 강화 방법에는 어떤 것이 있나요?
플라즈마 전달 아크(PTA), 고속 공기 연료(HVAF), 고속 산소 연료(HVOF) 용접 기술과 같은 용사 기술은 세라믹을 포함한 두꺼운 외부 보호 코팅을 가능하게 하고, 콜드 스프레이는 표면에 충격 분말을 분사하여 두꺼운 부분과 마모 보호 기능을 제공하며, 레이저 클래딩 또는 레이저 금속 증착은 우수한 금속 결합을 통해 부식, 마찰 및 내충격성을 강화하는 추가적인 금속 합금 오버레이를 가능하게 합니다.