钛具有优异的强度重量比、耐腐蚀性和生物相容性，是航空航天、医疗、汽车和工业应用领域增材制造的重要材料。本概述探讨了不同的钛合金粉末、其相应的特性、后处理方法、全球主要供应商以及各行业的使用案例。
概述 钛粉
钛的主要特性使其成为粉末床熔融和定向能沉积 AM 工艺的理想材料：
- 强度高 - 通常超过退火钛，同时可与 Ti-6Al-4V 相媲美
- 低密度 - 高强度重量比，减少印刷部件重量
- 耐腐蚀性 - 表面氧化保护层
- 生物相容性 - 适用于医疗设备和植入物
- 合金化能力--定制强度和硬度等性能
- 成本效益高 - 与块料加工相比，材料浪费更少
- 购买飞行比超过 90%+ - 优化设计，节省重量和材料
钛与 AM 带来的设计自由度相结合，释放出新的应用潜力。
用于 AM 的钛合金粉末选项
目前常用的钛合金包括商业纯钛合金、α 和 α-beta 合金以及新型专有钛合金（如钛 6242）。
常见的钛合金成分
| 合金 | Al% | V% | Fe% | O% | 其他 |
|---|---|---|---|---|---|
| CP Ti 1 级 | – | – | ≤ 0.20 | ≤ 0.18 | – |
| CP Ti 2 级 | – | – | ≤ 0.30 | ≤ 0.25 | – |
| 钛-6Al-4V | 5.5-6.5 | 3.5-4.5 | ≤ 0.25 | ≤ 0.13 | – |
| Ti 6242 | 5.8-6.8 | – | ≤ 0.30 | ≤ 0.20 | 钼、锆 |
痕量氧气、氮气和碳被严格限制，以确保最佳的 AM 加工和机械性能。
规格 钛粉
无缺陷、致密的 AM 组件需要高纯度、粒度分布可控的球形钛粉。
钛粉粒度分布
| 测量 | 规格 |
|---|---|
| 尺寸范围 | 15 - 45 μm |
| 平均粒径 | 25-35 μm |
| 粒子形状 | 主要是球形 |
球形设计提高了粉末的铺展性。受控的分布可防止应用和回收过程中的分离问题。
AM 钛零件的后处理程序
快速成型钛部件的常见后处理方案包括
后期处理方法
缓解压力
低温老化可消除制造过程中产生的残余应力，防止潜在的翘曲和开裂。
表面处理
提高表面光洁度，以获得精确尺寸，打破尖锐边缘或改善外观美感。
热等静压
通过同时施加高温和等静压，可使任何内部孔隙增密。需要用于动态终端应用。
热处理
改变 Ti-6Al-4V 和其他钛合金的微观结构，以提高延展性和疲劳寿命等机械性能。
加工
为 AM 近净成形零件的轴承和密封面带来高精度尺寸和表面光洁度。
钛粉快速成型技术
现代金属三维打印利用精细钛金属的微焊接来制造复杂的部件。两种常见的方法包括
钛 AM 工艺选项比较
| 方法 | 说明 | 益处 | 局限性 |
|---|---|---|---|
| 粉末床融合 | 激光或电子束根据数字模型有选择地熔化粉末床区域 | 卓越的几何性能和材料多样性，适用于最终使用的功能性钛部件 | 制造速度比 DED 慢；受机床床身尺寸限制 |
| 定向能量沉积 | 聚焦热源熔化金属粉末喷嘴 | 可加工更大的部件；累积加工面积。是维修和涂层的理想选择。 | 表面光洁度较差；孔隙率较高 - 需要大量的后处理工序 |
目前，基于激光的方法因其精度和材料性能，在打印高纯度钛合金方面得到了最广泛的应用。
应用 钛粉
由于钛材料具有单位重量机械性能高的优点，再加上 AM 设计的自由性，其应用领域包括
采用钛 AM 零件的行业
航空航天 - 发动机支架、无人机部件、卫星部件
医疗和牙科 - 植入物、假肢、手术器械
汽车 - 汽车运动装备、定制支架
石油和天然气 - 深海工具、阀门和泵
发电 - 轻质推进器、涡轮叶片
Ti-6242 等新型工程合金进一步推动了钛在高增长领域的应用。
钛印刷粉的主要供应商
球形钛粉的主要生产商包括可靠的 AM 工艺：
钛粉制造商
| 公司名称 | 普通年级 | 价格/公斤 |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V，Ti-6242，2 级，23 | $50 – $350 |
| 林德集团 | Ti-6Al-4V，2、23、5 级 | $200 – $600 |
| 钨金属粉末 | Ti-6Al-4V，5 级 | $100 – $500 |
| 山特维克 | 钛-6Al-4V | $120 – $310 |
价格在很大程度上取决于纯度标准、粉末尺寸参数、经认证的化学成分和采购量。
常见问题
哪种钛合金牌号最适合用于医疗或牙科 AM 部件？
对于需要最佳生物相容性和高疲劳性能的生物惰性植入应用，建议使用具有严格化学控制的医用 5 级钛。
为什么低含氧量对钛打印粉至关重要？
高氧会导致钛氧化物过多，从而降低熔合能力、延展性、疲劳寿命和机械性能。氧气限制在 0.18-0.2% 水平以下。
哪些钛合金最受益于后处理？
钛-6Al-4V显著的双重热处理提高了抗拉强度，同时改善了延展性。2 级钛通过退火缓解和时效反应获得了最高的抗拉强度。
钛 AM 零件是否需要进行表面处理？
某些应用对尺寸精度、摩擦学、美学或失活的要求最好通过表面强化来解决，包括精密 CNC 加工、研磨/抛光、电火花加工、喷丸强化、阳极氧化、等离子电解氧化等。
印刷钛粉订单应如何评估供应商？
添加剂生产商和设计师在确定钛粉供应商资格时，除了要考虑合理的价格外，还要考虑以下主要关键特性：球形形态、严格控制粒度分布、极低的气态杂质含量（尤其是氧和氮）、通过严格的质量管理系统实现批次可追溯性、反应迅速的专业技术知识、取样可用性和证明标准化内部测试协议的认证。
