þekkingu

3D prentað títan hefur komið fram sem breytilegt efni í ýmsum atvinnugreinum, allt frá geimferðum til lækningaígræðslna. Einstök samsetning þess af styrkleika, léttum eiginleikum og lífsamhæfi hefur gert það að eftirsóttum valkosti fyrir framleiðendur og verkfræðinga. Hins vegar er spurningin um styrk þess samanborið við hefðbundið framleitt títan enn áhuga- og rannsóknarefni. Í þessari bloggfærslu munum við kanna styrk þrívíddarprentaðs títans, notkun þess og þá þætti sem hafa áhrif á vélræna eiginleika þess.

Hverjir eru kostir þrívíddarprentaðs títan yfir hefðbundnar framleiðsluaðferðir?

3D prentun, einnig þekkt sem aukefnaframleiðsla, hefur gjörbylt því hvernig við framleiðum flókna hluta og íhluti. Þegar kemur að títan, býður þessi framleiðsluaðferð upp á nokkra sérstaka kosti fram yfir hefðbundna tækni eins og steypu, smíða eða vinnslu.

Í fyrsta lagi leyfir þrívíddarprentun áður óþekkt hönnunarfrelsi. Verkfræðingar geta búið til flóknar rúmfræði og innri mannvirki sem væri ómögulegt eða óhóflega dýrt að framleiða með hefðbundnum aðferðum. Þessi hönnunarsveigjanleiki gerir kleift að búa til létta en sterka hluta, fínstillta fyrir tiltekna notkun þeirra. Til dæmis, í geimferðaiðnaðinum, er hægt að hanna þrívíddarprentaða títaníhluti með flóknum grindarbyggingum sem draga úr þyngd en viðhalda burðarvirki.

Í öðru lagi dregur þrívíddarprentun verulega úr efnissóun. Hefðbundnar frádráttarframleiðsluaðferðir leiða oft til þess að umtalsvert magn af efni er skorið í burtu og hent. Aftur á móti byggir þrívíddarprentun hluta lag fyrir lag og notar aðeins nauðsynlega magn af efni. Þetta gerir ferlið ekki aðeins umhverfisvænna heldur einnig hagkvæmara, sérstaklega þegar unnið er með dýr efni eins og títan.

Annar kostur er hæfileikinn til að framleiða sérsniðna, einstaka hluta án þess að þurfa dýr verkfæri eða mót. Þetta er sérstaklega gagnlegt í atvinnugreinum eins og heilbrigðisþjónustu, þar sem hægt er að framleiða sjúklingasértæka ígræðslu eða stoðtæki á fljótlegan og skilvirkan hátt. 3D prentun gerir einnig kleift að gera hraðvirka frumgerð og endurtekna hönnun, sem gerir hraðari vöruþróunarlotu og tíma á markað.

Ennfremur getur þrívíddarprentun mögulega einfaldað aðfangakeðjur og dregið úr birgðakostnaði. Í stað þess að halda uppi stórum varahlutabirgðum geta fyrirtæki framleitt íhluti á eftirspurn með því að nota stafrænar skrár. Þessi nálgun er sérstaklega mikilvæg fyrir atvinnugreinar sem fást við eldri búnað eða sjaldgæfa hluta sem eru ekki lengur í framleiðslu.

Hins vegar er mikilvægt að hafa í huga að 3D prentað títan er ekki án áskorana. Prentunarferlið getur leitt til galla eins og porosity eða leifar álags, sem geta haft áhrif á vélræna eiginleika efnisins. Að auki þarf yfirborðsáferð þrívíddarprentaðra hluta oft eftirvinnslu til að ná æskilegri sléttleika eða víddarnákvæmni.

Þrátt fyrir þessar áskoranir halda áframhaldandi rannsóknir og tækniframfarir áfram að bæta gæði og áreiðanleika þrívíddarprentaðs títan. Eftir því sem tæknin þroskast getum við búist við að sjá enn fleiri nýstárleg forrit og bættan árangur í ýmsum atvinnugreinum.

Hvernig er styrkur þrívíddarprentaðs títan samanborið við hefðbundið framleitt títan?

Styrkur þrívíddarprentaðs títans samanborið við hefðbundið framleitt títan er flókið efni sem hefur verið viðfangsefni fjölmargra rannsókna. Þó að þrívíddarprentað títan geti náð sambærilegum eða jafnvel betri styrk í sumum tilfellum, hafa nokkrir þættir áhrif á vélrænni eiginleika þess.

Eitt af aðalsjónarmiðunum er sú sértæka þrívíddarprentunartækni sem notuð er. Algengustu aðferðirnar við þrívíddarprentun títan eru Selective Laser Melting (SLM) og Electron Beam Melting (EBM). Þessir ferlar fela í sér að bræða títanduft lag fyrir lag til að búa til lokahlutann. Ferliðsbreytur, svo sem leysiraflið, skannahraði og lagþykkt, geta haft veruleg áhrif á örbygginguna og þar af leiðandi styrk prentaðs títansins.

Rannsóknir hafa sýnt að við ákjósanlegar aðstæður getur þrívíddarprentað títan náð togstyrk sem er sambærilegur við eða jafnvel meiri togstyrkur unnu títan. Til dæmis hafa sumar rannsóknir greint frá endanlegum togstyrk yfir 3 MPa fyrir þrívíddarprentað Ti-1000Al-3V, sem er á pari við eða hærra en hefðbundið unnið títan úr sömu málmblöndu.

Hins vegar er styrkur 3D prentað títan getur verið breytilegra en hefðbundið framleitt títan. Þessi breytileiki stafar af nokkrum þáttum:

1. Porosity: Þrívíddarprentaðir hlutar geta innihaldið lítil hol eða svitahola, sem geta virkað sem streituþéttir og dregið úr heildarstyrk. Umfang porosity fer eftir prentbreytum og eftirvinnsluaðferðum.

2. Örbygging: Hröð upphitunar- og kælingahringur við 3D prentun leiða til einstakrar örbyggingar sem getur verið frábrugðin hefðbundnu títan. Þetta getur leitt til mismunandi styrkleika og sveigjanleika.

3. Anisotropy: 3D prentaðir hlutar sýna oft anisotropic eiginleika, sem þýðir að styrkur þeirra getur verið mismunandi eftir stefnu álagsins miðað við prentunarstefnuna.

4. Afgangsspenna: Byggingarferlið lag fyrir lag getur leitt til afgangsspennu í efninu, sem getur haft áhrif á vélræna eiginleika þess.

5. Yfirborðsfrágangur: Eins og prentað yfirborð er oft gróft, sem getur haft áhrif á þreytuafköst ef það er ekki rétt eftirvinnsla.

Til að takast á við þessar áskoranir nota vísindamenn og framleiðendur ýmsar aðferðir. Eftirvinnsluaðferðir eins og Hot Isostatic Pressing (HIP) getur dregið úr gropleika og einsleitt örbygginguna, sem leiðir til bættra og samkvæmari vélrænna eiginleika. Einnig er hægt að nota hitameðferðir til að hámarka styrkleika og sveigjanleika efnisins.

Það er athyglisvert að styrkur þrívíddarprentaðs títan er ekki alltaf aðalatriðið. Í mörgum forritum getur hæfileikinn til að búa til flóknar rúmfræði eða draga úr þyngd með bjartsýni hönnun verið verðmætari en að ná hámarksstyrk. Til dæmis, í læknisfræðilegum ígræðslum, getur hæfileikinn til að búa til sjúklingasértæka hönnun með sérsniðnu gropi fyrir beininnvöxt verið mikilvægari en að passa nákvæmlega við styrk hefðbundinna ígræðslu.

Þar sem þrívíddarprentunartækni heldur áfram að þróast, getum við búist við frekari framförum í samkvæmni og áreiðanleika prentaðra títanhluta. Áframhaldandi rannsóknir á hagræðingu ferla, þróun nýrrar málmblöndur og háþróaðri eftirvinnslutækni lofar að minnka bilið milli þrívíddarprentaðs og hefðbundins framleitt títan, sem gæti jafnvel farið fram úr hefðbundnum aðferðum í ákveðnum forritum.

Hverjir eru lykilþættirnir sem hafa áhrif á gæði 3D prentaðra títanvara?

Gæði 3D prentaðar títanvörur er undir áhrifum af fjölmörgum þáttum, allt frá hráefnum sem notuð eru til eftirvinnsluaðferða sem notuð eru. Skilningur á þessum þáttum skiptir sköpum til að framleiða hágæða hluta sem uppfylla strangar kröfur atvinnugreina eins og flug-, bíla- og heilbrigðisþjónustu.

1. Duftgæði: Eiginleikar títanduftsins sem notað er í 3D prentun hafa veruleg áhrif á gæði lokaafurðarinnar. Þættir eins og kornastærðardreifing, lögun og hreinleiki spila allir inn í. Kúlulaga agnir með þrönga stærðardreifingu skila almennt betri árangri, þar sem þær flæða auðveldara og pakkast þéttari saman meðan á prentun stendur. Óhreinindi í duftinu geta leitt til galla í lokahlutanum, þannig að duft með mikilli hreinleika eru nauðsynleg fyrir mikilvæga notkun.

2. Prentunarfæribreytur: Stillingarnar sem notaðar eru í þrívíddarprentunarferlinu hafa mikil áhrif á gæði lokaafurðarinnar. Helstu færibreytur eru:

• Laser eða rafeindageislaafl
• Skannahraði
• Lag þykkt
• Lúgubil (fjarlægð milli aðliggjandi skannalína)
• Byggja hólfshitastig og andrúmsloft

Hagræðing þessara breytu er mikilvæg til að ná æskilegu jafnvægi milli byggingarhraða, þéttleika hluta og vélrænni eiginleika. Til dæmis, hærra leysirafl og hægari skönnunarhraði leiða almennt til þéttari hluta en geta aukið hættuna á hitauppstreymi.

3. Byggingarstefna: Stefna hlutans við prentun getur haft áhrif á vélræna eiginleika hans, yfirborðsáferð og magn stuðningsmannvirkja sem þarf. Hlutar sem prentaðir eru lóðrétt geta haft aðra eiginleika samanborið við þá sem prentaðir eru lárétt vegna lag-fyrir-lags eðlis ferlisins.

4. Hitastjórnun: Rétt eftirlit með hitunar- og kælihraða við prentun er nauðsynlegt til að lágmarka hitauppstreymi og koma í veg fyrir galla eins og vinda eða sprungur. Sumir háþróaðir þrívíddarprentarar eru með forhitun á byggingarplötunni eða hitameðferðir á staðnum til að stjórna hitastigum.

5. Eftirvinnsla: Ýmis eftirvinnsluskref geta aukið gæði verulega 3D prentað títan hlutar:

• Hot Isostatic Pressing (HIP): Þetta ferli getur dregið úr porosity og bætt þéttleika og vélrænni eiginleika prentaðra hluta.
• Hitameðferð: Varlega stýrðar hitunar- og kælingarlotur geta hámarkað örbyggingu og vélræna eiginleika títansins.
• Yfirborðsfrágangur: Aðferðir eins og vinnsla, fægja eða efnaæting geta bætt yfirborðsgæði og víddarnákvæmni.
• Álagslosun: Hægt er að nota hitameðferðir til að létta afgangsálagi sem myndast við prentunarferlið.

6. Design for Additive Manufacturing (DfAM): Hönnun hlutans sjálfs gegnir mikilvægu hlutverki í endanlegum gæðum hans. Hönnuðir verða að hafa í huga þætti eins og:

• Lágmarka yfirhangandi eiginleika til að draga úr þörfinni fyrir stoðvirki
• Innifalið viðeigandi frárennslisgöt til að fjarlægja duft í holum mannvirkjum
• Fínstilling á veggþykktum og innri rúmfræði fyrir tiltekið þrívíddarprentunarferli

7. Vélkvörðun og viðhald: Regluleg kvörðun og viðhald þrívíddarprentara eru nauðsynleg fyrir stöðug gæði. Þetta felur í sér að tryggja rétta röðun leysigeisla eða rafeindageisla, viðhalda hreinu byggingarhólfinu og skipta reglulega um slithluta.

8. Umhverfiseftirlit: Andrúmsloftið í byggingarhólfinu verður að vera vandlega stjórnað til að koma í veg fyrir oxun títansins. Flest ferli nota óvirkt gas andrúmsloft, venjulega argon, til að vernda bráðna málminn frá því að hvarfast við súrefni.

9. Gæðaeftirlitsferli: Mikilvægt er að innleiða öflugar gæðaeftirlitsráðstafanir í gegnum framleiðsluferlið. Þetta getur falið í sér:

• Vöktunarkerfi á staðnum sem geta greint galla meðan á prentun stendur
• Óeyðandi prófunaraðferðir eins og tölvusneiðmyndaskönnun eða ómskoðun
• Eyðileggjandi prófun á hlutum sýna til að sannreyna vélræna eiginleika
• Strangt skjala- og rekjanleikakerfi

10. Efnissértæk atriði: Mismunandi títan málmblöndur gætu þurft sérstakar vinnslubreytur eða eftirmeðferðir. Til dæmis hegðar hin vinsæla Ti-6Al-4V málmblöndur öðruvísi en títan eða önnur sérhæfð málmblöndur í atvinnuskyni.

Með því að stjórna þessum þáttum vandlega geta framleiðendur framleitt þrívíddarprentaða títanhluta sem uppfylla eða fara yfir gæði hefðbundinna íhluta. Hins vegar er mikilvægt að hafa í huga að til að ná stöðugum, hágæða niðurstöðum þarf oft verulega sérfræðiþekkingu og áframhaldandi fínstillingu ferilsins.

Þar sem sviði þrívíddarprentaðs títan heldur áfram að þróast, getum við búist við að sjá frekari framfarir í ferlistýringu, eftirliti á staðnum og sjálfvirkri hagræðingartækni. Þessi þróun mun líklega leiða til enn meiri gæða hluta og víðtækari upptöku þrívíddarprentaðs títan í ýmsum atvinnugreinum.

Að lokum, styrkur og gæði 3D prentað títan hafa náð langt á undanförnum árum og boðið upp á sannfærandi kosti umfram hefðbundnar framleiðsluaðferðir í mörgum forritum. Þó áskoranir séu enn, halda áframhaldandi rannsóknir og tækniframfarir áfram að ýta mörkum þess sem er mögulegt með þessari nýstárlegu framleiðslutækni. Þegar við horfum til framtíðar er þrívíddarprentað títan tilbúið til að gegna sífellt mikilvægara hlutverki í atvinnugreinum, allt frá flug- og bílaiðnaði til heilbrigðisþjónustu og víðar.

Hjá SHAANXI CXMET TECHNOLOGY CO., LTD, erum við stolt af víðtæku vöruúrvali okkar, sem kemur til móts við fjölbreyttar þarfir viðskiptavina. Fyrirtækið okkar er búið framúrskarandi framleiðslu- og vinnslugetu, sem tryggir hágæða og nákvæmni vöru okkar. Við erum staðráðin í nýsköpun og kappkostum stöðugt að þróa nýjar vörur og halda okkur í fremstu röð í iðnaði okkar. Með leiðandi tækniþróunargetu getum við aðlagast og þróast á markaði sem breytist hratt. Ennfremur bjóðum við upp á sérsniðnar lausnir til að mæta sérstökum kröfum viðskiptavina okkar. Ef þú hefur áhuga á vörum okkar eða vilt læra meira um flóknar upplýsingar um tilboð okkar skaltu ekki hika við að hafa samband við okkur á sales@cxmet.com. Lið okkar er alltaf tilbúið til að aðstoða þig.

Tilvísanir:

1. Herzog, D., Seyda, V., Wycisk, E., & Emmelmann, C. (2016). Aukaframleiðsla á málmum. Acta Materialia, 117, 371-392.

2. Trevisan, F., Calignano, F., Lorusso, M., Pakkanen, J., Aversa, A., Ambrosio, EP, ... & Fino, P. (2017). Um sértæka leysibræðslu (SLM) AlSi10Mg málmblöndunnar: ferli, örbyggingu og vélrænni eiginleikar. Efni, 10(1), 76.

3. Popovich, VA, Borisov, EV, Popovich, AA, Sufiiarov, VS, Masaylo, DV, & Alzina, L. (2017). Áhrif hitameðhöndlunar á vélrænni hegðun Inconel 718 unnar með sérsniðinni örbyggingu með sértækri leysibræðslu. Efni og hönnun, 131, 12-22.

4. Cunningham, R., Nicolas, A., Madsen, J., Fodran, E., Anagnostou, E., Sangid, MD, & Rollett, AD (2017). Greining á áhrifum dufts og eftirvinnslu á porosity og eiginleika rafeindageislabrædds Ti-6Al-4V. Efnisrannsóknarbréf, 5(7), 516-525.

5. Yan, C., Hao, L., Hussein, A. og Raymont, D. (2012). Mat á frumugrindvirkjum framleidd með sértækri leysibræðslu. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 62, 32-38.

6. Thijs, L., Verhaeghe, F., Craeghs, T., Humbeeck, JV og Kruth, JP (2010). Rannsókn á þróun örbyggingar við sértæka leysisbræðslu Ti-6Al-4V. Acta Materialia, 58(9), 3303-3312.

7. Wauthle, R., Vrancken, B., Beynaerts, B., Jorissen, K., Schrooten, J., Kruth, JP, & Van Humbeeck, J. (2015). Áhrif byggingarstefnu og hitameðhöndlunar á örbyggingu og vélræna eiginleika sértækra leysibráðna Ti6Al4V grindarvirkja. Aukaframleiðsla, 5, 77-84.

8. Qiu, C., Adkins, NJ og Attallah, MM (2013). Örbyggingar- og togeiginleikar valkvætt leysibrædds og HIPed leysibrædds Ti–6Al–4V. Efnisfræði og verkfræði: A, 578, 230-239.

9. Frazier, WE (2014). Framleiðsla á aukefna í málmi: endurskoðun. Journal of Materials Engineering and Performance, 23(6), 1917-1928.

10. Gong, H., Rafi, K., Gu, H., Starr, T. og Stucker, B. (2014). Greining á gallamyndun í Ti–6Al–4V hlutum sem gerðar eru með duftbeðsbræðsluaukefnaframleiðsluferli. Aukaframleiðsla, 1, 87-98.