3D 프린팅 금속용 티타늄 Ti 64약칭 Ti-64는 항공우주, 의료, 자동차 및 일반 엔지니어링 전반에 걸쳐 중요한 적층 제조 응용 분야에 널리 사용되는 항공우주 등급 티타늄 합금입니다. 이 가이드는 구성, 기계적 특성 데이터, 적층 가공 세부 정보, 후처리, 응용 분야, 비용 분석, 제품 사양 및 대체 티타늄 등급과의 비교를 포함하여 Ti-64 분말 야금에 대한 기술 개요를 제공합니다.
금속 3D 프린팅용 티타늄 Ti-64 개요
Ti-6Al-4V(5등급) 티타늄 합금은 강도, 파단 인성 및 내식성이 최적의 균형을 이루고 생체 적합성이 입증되어 산업 전반에 걸쳐 미션 크리티컬 3D 프린팅 금속 부품에 가장 보편적으로 사용되는 소재입니다.
비행 준비가 완료된 항공우주 부품과 환자 맞춤형 임플란트의 시제품 제작부터 양산까지 AM이 확장됨에 따라 Ti-64는 새로운 소재를 비교하는 벤치마크 파우더가 되었습니다.
제공합니다:
- 뛰어난 중량 대비 강도 비율
- 최대 550MPa의 높은 경도 및 파단 인성
- 복잡한 형상을 위한 연성
- 생체 적합성 및 무독성
- 수십 년에 걸쳐 검증된 혈통
- 사용 가능한 공급망 및 비용 효율성
3D 프린팅 티타늄 Ti-64 부품 제작을 위한 분말 야금 접근 방식에 대한 심층적인 기술 정보를 계속 읽어보세요.
구성 및 합금 설계
티타늄 Ti-64 합금은 주로 티타늄에 알루미늄과 바나듐이 혼합된 소재로 구성되어 있습니다:
| 요소 | 무게 % | 역할 |
|---|---|---|
| 티타늄(Ti) | 밸런스, ~90% | 내식성, 생체 적합성 |
| 알루미늄(Al) | 5.5-6.75% | 고체 솔루션 강화제 |
| 바나듐(V) | 3.5-4.5% | 위상 안정제 |
| 철(Fe) | <0.3% | 오염 물질 |
| 산소(O) | <0.2% | 오염 물질 |
탄소, 질소, 수소와 같은 미량 원소는 기계적 특성을 저하시키므로 최소화했습니다. 철분과 산소 농도도 낮게 유지합니다.
알루미늄은 알파 상을 안정화시키고, 바나듐은 적절한 열처리를 통해 강화 베타 침전물을 형성합니다. 이 이중 상 보르제닉스는 뛰어난 성능을 제공합니다.
Ti-64의 주요 속성
- 수확량 강도: 880 MPa
- 인장 강도: 950 MPa
- 신장: 14%
- 경도: 350 브리넬
- 피로 한도: 500 MPa
- 골절 인성: 75 MPa√m
- 전단 강도: 690 MPa
- 영의 계수: 115 GPa
- 밀도 4.43g/cc
- 융점: 1604°C
이러한 특성은 나중에 설명하는 적절한 열처리에 따라 크게 달라집니다. 또한 와이어 공급 방식과 파우더 베드 방식의 AM 공정에 따라 매개변수 조정이 필요한 값이 약간씩 달라집니다.
3D 프린팅 금속용 티타늄 Ti 64 프로덕션
의료 및 항공우주 분야에서는 결함 없는 제작을 위해 엄격한 제어가 필요하므로 파우더 제조는 엄격한 사양을 따릅니다:
| 단계 | 세부 정보 |
|---|---|
| 잉곳 주조 | 엄격한 화학적 제어를 통해 3중 아크 용융 잉곳 주조 |
| 재용융 | 중요한 용도를 위한 VAR 또는 ESR 정화 옵션 |
| 가스 분무 | 고압 불활성 아르곤 가스 분사로 미세한 물방울 형성 |
| 체질 | 입자 크기 분포(PSD) 표준에 따른 다중 분류 단계 |
| 컨디셔닝 | 건조, 혼합, 흐름 첨가제 |
| 최종 테스트 | PSD, 홀 유량, 화학 분석, SEM 이미지 |
| 패키징 | 방습 아르곤 충전 캔 또는 병 |
두드러진 특성:
- 위성이 적은 구형 파티클 형태
- 뭉치거나 굳지 않는 유동성 파우더
- 15미크론에서 45미크론 사이의 대다수 분포를 가진 제어된 PSD 대역
- ASTM F2924 및 F3001 등급을 준수하는 화학 물질
- 대량 생산에 걸쳐 일관된 배치와 반복성 데이터 제공
- 소스 잉곳 주조물에 대한 문서 추적 기능
이러한 엄격한 생산 관리로 검증된 기계 매개변수 조정 후 신뢰할 수 있는 무결점 인쇄를 보장합니다.
금속 3D 프린팅용 티타늄 Ti 64의 응용 분야
이 합금의 생체 적합성과 높은 중량 대비 강도 비율은 수많은 중요 애플리케이션에 적합합니다:
항공우주
- 구조용 브래킷, 격벽 및 랜딩기어 부품
- 터빈 블레이드 및 임펠러
- 항공기 내부 부품
의료 및 치과
- 무릎, 고관절 및 척추 케이지와 같은 정형외과용 임플란트
- 치과용 어버트먼트 및 브리지
- 멸균이 필요한 수술 기구
자동차
- 경량 피스톤, 커넥팅 로드
- 밸브를 포함한 럭셔리 및 레이싱카 부품
화학 처리
- 파이프, 밸브와 같은 부식 방지 유체 취급 부품
- 식품/제약 규정 준수 필터 및 하우징
또한 3D 프린팅 Ti-64는 설계의 자유도를 활용하여 로봇 공학, 스포츠용품, 전자제품 열 관리와 같은 고부가가치 산업에서 채택이 증가하고 있습니다.
다음으로 미션 크리티컬 완제품 부품을 위한 이 다용도 합금 분말을 가공하는 데 널리 사용되는 분말 베드 융합 기술에 대해 자세히 알아보세요.
티타늄 Ti-64 분말을 사용한 금속 3D 프린팅
레이저 및 전자빔 파우더 베드 기술은 모두 Ti-64를 빌드 플레이트 전체에 걸쳐 층별로 최대 밀도로 융합합니다:
레이저 파우더 베드 퓨전(L-PBF)
- 선택적 레이저 용융(SLM) 및 직접 금속 레이저 소결(DMLS)
- 집속형 고출력 Yb 또는 Nd:YAG 파이버 레이저
- 산소 수준이 500ppm 미만인 불활성 아르곤 분위기
- 용융 풀의 실시간 광학 모니터링
전자빔 파우더 베드 융합(E-PBF)
- 진공 상태의 강력한 60kV~150kV 전자빔
- 초당 25,000mm 이상의 초고속 빔 스캔 속도
- 소형 부품을 위한 높은 생산성
- 더 깊은 침투력으로 티타늄을 더 쉽게 용접할 수 있습니다.
대형 부품의 경우 와이어 공급형 방향성 에너지 증착(DED) 방식을 사용하면 기본 구조 위에 재료를 추가할 수 있습니다. 다중 적층 제조 방식을 통해 기계 장치와 표면 마감을 최적화할 수 있습니다.
혜택
- 주조 또는 기계 가공에서 지원되지 않는 복잡한 형상
- 리드 타임 단축 및 비용 절감, 추가 단계 축소
- 자재 낭비 최소화 및 90%를 초과하는 구매 대 비행 비율
- 한 번 입력하면 긴 빌드에서 일관된 결과를 얻을 수 있습니다.
- 자유로운 설계를 통한 성능 향상
하지만 이러한 효과를 거두기 위해서는 세심한 사전 및 사후 처리가 필수적입니다.
사전 및 사후 처리 단계
결함 없는 빌드를 달성하려면 통합 프로토콜이 필요합니다:
사전 처리
- 전용 머신의 파라미터 최적화 테스트 매트릭스
- 파우더 상태 및 재사용 블렌딩 비율 모니터링
- 균일한 입자 특성을 보장하기 위한 초기 열처리
- 빌드 플레이트에 부품을 신중하게 중첩하고 방향 지정하기
포스트 프로세싱
- 와이어-EDM/밴드 톱을 통해 플레이트에서 부품 제거
- 광범위한 다운스트림 가공 및 마감
- 내부 공극을 제거하는 열간 등방성 프레스(HIP)
- 용액화, 에이징 및 안정화 열처리
- 최종 품질 보증 검증 테스트
이러한 포괄적인 공정 제어를 통해 프린터에만 의존하지 않고 Ti-64를 사용하여 적층 제조의 잠재력을 최대한 활용할 수 있습니다.
사양
의료 또는 항공우주 사용자를 위한 Ti-64 합금 배치에는 인증이 필요합니다:
| 매개변수 | 일반적인 값 |
|---|---|
| AMS 4928에 따른 화학 | 위 표 |
| 입자 크기 분포 | D10 20μm, D50 35μm, D90 50μm |
| 형태학 | 주로 구형 + 인공위성 |
| 겉보기 밀도 | 2.7 - 3.2g/cc |
| 탭 밀도 | 3.2 - 4.0g/cc |
| 유량 | 50g에 30~35초, 홀 깔때기 사용 |
| 표면 산소 분석 | < 2000 ppm |
| 불순물 | Fe < 3000 ppm, H < 100 ppm |
더 좁은 밴드로 맞춤 체질이 가능하지만 비용이 증가합니다. 고객사의 적층 가공기 매개변수와 승인된 품질 검사를 일치시키면 생산 작업 전반에서 성능 반복성을 보장할 수 있습니다.
3D 프린팅 금속용 티타늄 Ti 64 가용성 및 비용 분석
항공우주 등급 Ti-6Al-4V는 특수 용융, 엄격한 QC 테스트 및 분말 형상 엔지니어링 덕분에 표준 Ti 등급보다 비용 프리미엄이 있습니다:
| 제품 | 수량 | 가격 범위 |
|---|---|---|
| Ti-64 R&D 파우더 | 0.5kg | $500+ |
| Ti-64 프로토타이핑 파우더 | 10kg | kg당 $150+ |
| Ti-64 생산용 파우더 | 1000+ kg | kg당 $50+ |
비용은 여전히 높은 편이지만, 적층 제조에서 Ti-64 합금 사용량을 확대하여 규모의 경제 제조 최적화를 실현함에 따라 지속적으로 개선되고 있습니다. 이제 소규모 R&D 샘플은 MOQ 없이 구매할 수 있지만 생산 작업에는 주문 예측이 필요합니다.
Ti-64와 대체 티타늄 합금 비교
Ti-64가 가장 널리 채택되고 있지만, 이제 다른 등급이 AM 대체 옵션으로 경쟁하고 있습니다:
| 합금 | 힘 | 연성 | 산화 저항 | 비용 |
|---|---|---|---|---|
| Ti-64(Ti-6Al-4V) | 매우 높음 | Medium | Medium | $$$ |
| Ti-5553(Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr) | 매우 높음 | Medium | 더 나은 | $$$ |
| Ti-1023(Ti-10V-2Fe-3Al) | 높음 | 더 높음 | 양호 | $$ |
| Ti-48Al-2Cr-2Nb(Ti4822) | Medium | Brittle | 최고 | $$$$ |
기존 Ti-64의 주요 이점은 다음과 같습니다.:
- 30년 이상 검증된 소재 혈통
- AM 빌드에서 더 매끄러운 표면 마감 처리
- 열처리 프로토콜 확립
- 설계 검증을 위한 허용 데이터
- 경쟁력 있는 공급으로 즉시 사용 가능
Ti-64 제한 사항:
- 절대 강도가 가장 높은 티타늄이 아닙니다.
- 제어 장치 없이 열 산화되기 쉬움
- 광범위한 열간 등방성 프레스(HIP)가 필요합니다.
따라서 설명된 각 절충안은 애플리케이션 요구 사항에 따라 최적화된 등급을 선택하는 데 도움이 됩니다.
요약
적층 가공은 엔지니어에게 기존 기술로는 불가능한 고성능 티타늄 Ti-64 부품을 설계할 수 있는 전례 없는 자유를 부여합니다. 새로운 디지털 기능과 30년 이상 항공우주 및 의료 분야에서 검증된 광범위한 재료 데이터를 결합하여 엔지니어는 인증 위험을 줄이면서 Ti-64의 이점을 활용하는 혁신적인 새 3D 프린팅 형상을 구현할 수 있습니다. 그러나 이 다용도 고강도 합금의 잠재력을 최대한 활용하기 위해서는 파우더 제조, 보관 처리, 금속 적층 가공 및 후처리 전반에 걸쳐 세심한 관리가 여전히 중요합니다.