þekkingu

Þrívíddarprentunartækni hefur gjörbylt framleiðslu í ýmsum atvinnugreinum og ein mest spennandi þróunin er hæfileikinn til að prenta með títaníum. Þessi létti en samt ótrúlega sterki málmur hefur verið notaður á sviði geimferða, lækninga og bíla. En hversu sterk er 3D prentað títan? Í þessari bloggfærslu munum við kanna styrk þrívíddarprentaðs títans, notkun þess og þá þætti sem hafa áhrif á frammistöðu þess.

Hverjir eru kostir þrívíddarprentaðs títan yfir hefðbundnar framleiðsluaðferðir?

3D prentun títan, einnig þekkt sem aukefnaframleiðsla, býður upp á nokkra verulega kosti fram yfir hefðbundnar framleiðsluaðferðir. Þessir kostir hafa leitt til aukinnar upptöku þess í ýmsum atvinnugreinum, sérstaklega í geimferðum, læknisfræði og bílageirum.

Einn helsti kosturinn við þrívíddarprentun títan er hæfileikinn til að búa til flóknar rúmfræði sem erfitt eða ómögulegt væri að ná með hefðbundinni framleiðslutækni. Þetta hönnunarfrelsi gerir verkfræðingum og hönnuðum kleift að fínstilla hluta fyrir sérstakar aðgerðir, draga úr þyngd en viðhalda eða jafnvel bæta styrk. Til dæmis, í geimferðaiðnaðinum, er hægt að hanna þrívíddarprentaða títaníhluti með flóknum innri byggingum sem draga úr þyngd án þess að skerða burðarvirki.

Annar mikilvægur kostur er minnkun á efnisúrgangi. Hefðbundnar frádráttarframleiðsluaðferðir, eins og mölun eða snúningur, leiða oft til þess að verulegu magni af efni er hent sem rusl. Aftur á móti byggir þrívíddarprentun títan hluta lag fyrir lag og notar aðeins það efni sem nauðsynlegt er fyrir endanlega vöru. Þetta dregur ekki aðeins úr sóun heldur lækkar einnig framleiðslukostnað, sérstaklega þegar unnið er með dýr efni eins og títan.

Títan þrívíddarprentun gerir einnig kleift að búa til hraða frumgerð og framleiðslu í litlum lotum. Hefðbundnar framleiðsluaðferðir krefjast oft umtalsverðs uppsetningartíma og verkfærakostnaðar, sem gerir þær minna hagkvæmar fyrir litlar framleiðslulotur eða einstaka hluta. Með þrívíddarprentun geta hönnuðir fljótt endurtekið hönnun, framleitt frumgerðir og jafnvel framleitt litlar lotur af sérsniðnum hlutum án þess að þurfa dýr verkfæri eða mót.

Getan til að sameina marga hluta í einn, flóknari íhlut er annar kostur við 3D prentað títan. Þessi samþjöppun hluta getur leitt til bættrar frammistöðu, styttri samsetningartíma og færri hugsanlegra bilunarpunkta í kerfi. Til dæmis, í bílaiðnaðinum, er nú hægt að framleiða flókna útblásturskerfisíhluti sem venjulega kröfðust margra hluta og suðu sem eitt, fínstillt stykki.

Loksins, 3D prentun títan gerir ráð fyrir framleiðslu á eftirspurn og minni birgðakostnaði. Fyrirtæki geta framleitt varahluti eftir þörfum, frekar en að halda uppi stórum birgðum af varahlutum. Þetta er sérstaklega gagnlegt í atvinnugreinum eins og geimferðum, þar sem það getur verið dýrt að viðhalda birgðum af sjaldan notuðum en mikilvægum íhlutum.

Hvernig er styrkur þrívíddarprentaðs títan samanborið við hefðbundið framleitt títan?

Styrkur þrívíddarprentaðs títan er viðfangsefni sem vekur mikla athygli og áframhaldandi rannsóknir í efnisvísindum og verkfræðisamfélögum. Þegar styrkleiki þrívíddarprentaðs títans er borinn saman við hefðbundið framleitt títan, koma nokkrir þættir inn í, þar á meðal sérstakt títanál sem notað er, þrívíddarprentunarferlið sem notað er og eftirvinnslumeðferðir.

Almennt séð getur þrívíddarprentað títan náð sambærilegum eða jafnvel betri styrkleikaeiginleikum við hefðbundið framleitt títan í mörgum forritum. Hins vegar er mikilvægt að hafa í huga að örbygging og vélrænni eiginleikar þrívíddarprentaðs títans geta verið frábrugðnir þeim sem hefðbundið er framleitt títan.

Ein af algengustu títaníum málmblöndunum í þrívíddarprentun er Ti-3Al-6V, þekkt fyrir framúrskarandi styrkleika og þyngdarhlutfall og tæringarþol. Rannsóknir hafa sýnt að þrívíddarprentað Ti-4Al-3V getur náð svipuðum eða hærri flæðistyrk og endanlegum togstyrk samanborið við unnu Ti-6Al-4V. Til dæmis hafa sumar rannsóknir greint frá afrakstursstyrk þrívíddarprentaðs Ti-6Al-4V sem er yfir 3 MPa, sem er sambærilegt við eða hærra en dæmigerð unnin Ti-6Al-4V gildi.

Hins vegar þreytu eiginleika 3D prentað títan geta stundum verið lakari en hefðbundið framleitt títan. Þetta er oft vegna tilvistar innri galla, svo sem svitahola eða skorts á samrunasvæðum, sem geta virkað sem streituþéttir og komið af stað þreytusprungum. Engu að síður geta ýmsar eftirvinnsluaðferðir, svo sem heita jafnstöðupressun (HIP) og hitameðferðir, bætt þreytuvirkni þrívíddarprentaðra títanhluta verulega.

Lag-fyrir-lag eðli 3D prentunarferlisins getur leitt til anisotropic eiginleika, sem þýðir að styrkur og aðrir vélrænir eiginleikar geta verið mismunandi eftir byggingarstefnu. Þessi anisotropy er almennt minna áberandi í hefðbundnu framleiddu títan. Hins vegar getur nákvæm stjórn á prentbreytum og eftirvinnslu hjálpað til við að lágmarka þennan stefnumun.

Eitt svæði þar sem þrívíddarprentað títan skarar oft fram úr er getu þess til að ná fram fínni örbyggingu en hefðbundnar framleiðsluaðferðir. Hraður storknunarhraði í þrívíddarprentunarferlum getur leitt til mjög fínkorna mannvirkja, sem getur stuðlað að bættum styrk og sveigjanleika. Sumar rannsóknir hafa greint frá því að þrívíddarprentað títan geti náð kornastærðum sem er minni stærðargráðu en í hefðbundnu unnu títan.

Það er athyglisvert að styrkur þrívíddarprentaðs títans getur verið mjög háð tilteknu prentunarferli sem notað er. Algengar aðferðir eru sértæk leysisbræðsla (SLM), rafgeislabræðsla (EBM) og Directed Energy Deposition (DED). Hvert þessara ferla getur framleitt örlítið mismunandi örbyggingu og eiginleika og áframhaldandi rannsóknir beinast að því að hagræða þessum ferlum til að ná sem bestum vélrænni eiginleikum.

Hvaða þættir hafa áhrif á styrk þrívíddarprentaðra títanhluta?

Styrkur þrívíddarprentaðra títanhluta er undir áhrifum af flóknu samspili ýmissa þátta, allt frá eiginleikum hráefnisins til sérstakra prentunarferlisins og eftirvinnslumeðferða. Skilningur á þessum þáttum er lykilatriði til að framleiða hágæða og sterka títanhluta með aukefnaframleiðslu.

Einn af aðalþáttunum sem hafa áhrif á styrkleika 3D prentað títan er gæði duftfóðursins. Kornastærðardreifing, lögun og hreinleiki títanduftsins geta haft veruleg áhrif á þéttleika og örbyggingu lokahlutans. Kúlulaga agnir með þröngri stærðardreifingu leiða venjulega til betri flæðihæfni og pökkunarþéttleika, sem leiðir til hluta með færri galla og meiri styrk.

Þrívíddarprentunarferlisbreytur gegna mikilvægu hlutverki við að ákvarða styrk lokahlutans. Þessar breytur fela í sér leysirafl, skannahraða, lagþykkt og lúgubil í leysitengdum ferlum eins og Selective Laser Melting (SLM). Orkuþéttleikinn sem er afhentur í duftbeðið, sem er fall af þessum breytum, hefur áhrif á gangverki bræðslulaugarinnar, storknunarhraða og að lokum örbyggingu prentaða hlutans. Fínstilling á þessum breytum er nauðsynleg til að ná háum þéttleika og lágmarka galla sem gætu dregið úr styrkleika.

Byggingarstefna hlutans við prentun getur einnig haft áhrif á styrk hans vegna anisotropic eðlis lag-fyrir-lag byggingarferlisins. Hlutar sem prentaðir eru lóðrétt geta haft mismunandi styrkleikaeiginleika samanborið við þá sem prentaðir eru lárétt. Þessi anisotropy er oft meira áberandi í eins og prentuðum hlutum og hægt er að draga úr henni með viðeigandi eftirvinnslumeðferðum.

Hitastjórnun meðan á prentun stendur er annar mikilvægur þáttur. Hröð upphitunar- og kælihringur getur leitt til afgangsálags í prentaða hlutanum, sem getur haft áhrif á styrk hans og víddarnákvæmni. Sum þrívíddarprentunarkerfi innihalda upphitaða byggingarklefa eða hitameðferðir á staðnum til að hjálpa til við að stjórna þessum hitaálagi.

Eftirvinnslumeðferðir geta aukið styrk þrívíddarprentaðra títanhluta verulega. Hot Isostatic Pressing (HIP) er almennt notuð til að útrýma innri gropi og bæta þéttleika prentaðra hluta. Hægt er að nota hitameðferðir til að hámarka örbygginguna og létta afgangsálagi. Yfirborðsmeðferðir eins og skothreinsun eða vinnsla geta bætt yfirborðsáferð og komið á jákvæðu þjöppunarálagi á yfirborðinu, sem eykur þreytu.

Sértæka títan málmblönduna sem notuð er hefur einnig áhrif á styrk þrívíddarprentaðra hluta. Þó að Ti-3Al-6V sé algengasta málmblönduna í þrívíddarprentun, er hægt að nota aðrar málmblöndur eins og Ti-4Al-3V ELI (Extra Low Interstitial) eða framandi samsetningar fyrir tiltekin forrit sem krefjast mismunandi eignasniða.

Umhverfisþættir við prentun, svo sem súrefni eða köfnunarefni í byggingarhólfinu, geta haft áhrif á gæði og styrk prentuðu hlutanna. Títan er mjög hvarfgjarnt við þessi frumefni við háan hita, sem getur leitt til stökkleika. Þess vegna er mikilvægt að viðhalda óvirku andrúmslofti með mikilli hreinleika meðan á prentun stendur til að framleiða hástyrka hluta.

Að lokum getur rúmfræði og hönnun hlutans sjálfs haft áhrif á styrk hans. 3D prentun gerir kleift að búa til flókin innri mannvirki og bjartsýni staðfræði sem getur aukið styrk en dregur úr þyngd. Hins vegar geta ákveðnir eiginleikar eins og yfirhengi eða þunnir veggir krafist stuðningsmannvirkja við prentun, sem getur haft áhrif á yfirborðsgæði og hugsanlega styrk hlutans á þessum svæðum.

Niðurstaðan er sú að 3D prentað títan hefur reynst ótrúlega sterkt og fjölhæft efni sem býður upp á sambærilegan og stundum betri styrk en hefðbundið framleitt títan. Einstakir kostir þess hvað varðar hönnunarfrelsi, efnishagkvæmni og hraðvirka frumgerð hafa gert það að ómetanlegu tæki í atvinnugreinum sem krefjast afkastamikilla, léttra íhluta. Þó áskoranir séu enn í því að fínstilla ferlibreytur og tryggja stöðug gæði, halda áframhaldandi rannsóknir og þróun áfram að ýta á mörk þess sem er mögulegt með þrívíddarprentuðu títan. Eftir því sem skilningur okkar á þeim þáttum sem hafa áhrif á styrk þess eykst, eykst einnig geta okkar til að nýta alla möguleika þessarar byltingarkenndu framleiðslutækni.

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. Liu, S. og Shin, YC (2019). Aukaframleiðsla á Ti6Al4V álfelgur: umsögn. Efni og hönnun, 164, 107552.

2. Wysocki, B., o.fl. (2019). Aðferðir við framleiðslu á títanbeinígræðslum við leysigeisla og rafgeisla íblöndunarefni. Applied Sciences, 9(5), 961.

3. Frazier, WE (2014). Málmaukefnaframleiðsla: umsögn. Journal of Materials Engineering and Performance, 23, 1917-1928.

4. Babu, SS, o.fl. (2018). Aukaframleiðsla málmhluta – ferli, uppbygging og eiginleikar. Framfarir í efnisfræði, 92, 112-224.

5. Shipley, H., o.fl. (2018). Hagræðing á ferlibreytum til að takast á við grundvallaráskoranir við sértæka leysisbræðslu Ti-6Al-4V: endurskoðun. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 128, 1-20.

6. Hanks, B., o.fl. (2020). Vélrænir eiginleikar samsettra Ti-6Al-4V með vír- og ljósbogaaukandi framleiðslu: Samanburðarrannsókn. Framfarir í aukefnaframleiðslu, 5, 241-250.

7. Sames, WJ, o.fl. (2016). Málmvinnslu- og vinnsluvísindi framleiðslu á aukefni í málmi. International Materials Review, 61(5), 315-360.

8. Leuders, S., o.fl. (2013). Um vélrænni hegðun títan álfelgur TiAl6V4 framleidd með sértækri leysirbræðslu: Þreytuþol og sprunguvöxtur. International Journal of Fatigue, 48, 300-307.

9. Galarraga, H., o.fl. (2017). Áhrif örbyggingar og porosity á eiginleika Ti-6Al-4V ELI álfelgur sem framleiddur er með rafeindageislabræðslu (EBM). Aukaframleiðsla, 13, 116-127.

10. Qian, M., o.fl. (2015). Aukaframleiðsla og örbygging títan málmblöndur. Í Titanium Powder Metallurgy (bls. 475-505). Butterworth-Heinemann.