3D tisk titanové služby

Mezi řešení 3D tisku poskytovaná společností Wstitanium patří: DMLS, EBM. Vyrobte plně funkční titanové prototypy a zakázkové titanové díly za 7 dní nebo méně pro finální díly pro koncové aplikace.

Služby 3D tisku pro titanové díly

Titan je obtížně obrobitelný kov, zejména pokud jde o CNC obrábění. Jednak má titan nízkou tepelnou vodivost. To znamená, že když frézuje například CNC stroj, vznikající teplo se ukládá v nástroji. To může způsobit rychlé opotřebení nástroje. Kromě toho, protože obrábění zahrnuje řezání a odstraňování materiálu, může tento proces vést k velkému plýtvání materiálem. V důsledku toho mnoho společností hledá lepší alternativní řešení pro výrobu titanových dílů. Kovový 3D tisk z titanu se ukazuje jako životaschopná alternativa. Nejčastěji používaným typem titanu je slitina Ti6Al4V (Ti64). Pro 64D tisk lze kromě Ti3 použít i čistý titan.

Workshop 3D tisku Wstitanium

Výhody 3D tisku Titanium

3D tištěný titan lze vyrábět ekonomicky v malých a středních sériích. Je to cenově výhodnější varianta ve srovnání s metodami, jako je CNC frézování, soustružení nebo odlévání, protože cena nezávisí na složitosti dílu. Vše, co je potřeba k úspěšné výrobě titanových produktů, je 3D tiskárna a kovový prášek, spíše než se spoléhat na drahé nástroje nebo složitá specializovaná řešení.

Snížení plýtvání materiálem

Ve srovnání s tradičními subtraktivními výrobními procesy, jako je CNC obrábění, je 3D tisk aditivní výrobní technologií, která nevytváří velké množství materiálu. Během výrobního procesu lze zbývající titanový prášek použít pro další tisk. Kromě toho může titan pro 3D tisk vyrábět díly velmi blízké konečnému požadovanému tvaru, což snižuje potřebu rozsáhlého následného zpracování a dále snižuje množství odpadu.

Optimalizace designu

3D tisk je schopen vytvářet díly se složitými, lehkými strukturami, které je obtížné nebo nemožné vyrobit tradičními metodami. To znamená použití menšího množství materiálu při zachování pevnosti a funkčnosti. Jedním ze způsobů, jak inženýři dosáhnou optimalizace návrhu, je optimalizace topologie v softwaru CAD, který konsoliduje více dílů do jednoho tištěného dílu, což může snížit dobu montáže, náklady na pracovní sílu a potenciální místa selhání.

Žádné náklady na nástroje nebo nastavení

Pro odlévání nebo CNC obrábění titanových dílů je vyžadováno vlastní nástroje, jako jsou formy, přípravky atd. 3D tisk eliminuje potřebu dalších nástrojů, protože díly se tisknou přímo z digitálního souboru. Změny návrhu součásti lze rychle implementovat bez potřeby nových nástrojů, což snižuje náklady spojené s úpravami návrhu.

Kratší dodací lhůta

Wstitanium používá vlastní kovovou 3D tiskárnu a dodání jednoho dílu může trvat pouze 1 den, zatímco CNC obrábění a odlévání může trvat déle (jak je uvedeno výše, vyžadují pomoc nástrojů nebo přípravků). Služby 3D tisku mají kratší výrobní časy a díly si můžete objednat na požádání bez nutnosti skladových zásob. To výrazně snižuje riziko kapitálu.

Přizpůsobení a flexibilita

3D tisk umožňuje výrobu vlastních dílů bez opětovné montáže, což usnadňuje a zlevňuje výrobu malých sérií nebo přizpůsobených produktů, což dále snižuje provozní náklady. Například chirurgické nástroje specifické pro pacienta.

Energetická účinnost

Služby 3D tisku titanu, jako je tavení elektronovým paprskem (EBM) nebo selektivní laserové tavení (SLM), jsou energeticky účinnější než CNC obrábění, zejména s ohledem na sníženou potřebu následného zpracování a recyklace materiálu.

Wstitanium vlastní technologie 3D tisku

Od roku 2019 společnost Wstitanium utratila více než 2 miliony dolarů na investice do technologií 3D tisku kovů, jako jsou DMLM, DMLS, LPBF a LMF. Mezi nimi je nejběžnější laserová prášková fúze (LPBF).

DMLS

Přímé laserové sintrování kovů (DMLS) je podobné technologii laserového sintrování (SLS), ale místo polyamidu se k vytvoření modelu vrstvu po vrstvě používá jemný titanový prášek. V 3D tiskárně je položena tenká vrstva titanového prášku. Tato vrstva je následně sintrována a zpevněna velmi výkonným laserem a stane se spodní vrstvou součásti. Laserový paprsek se pohybuje nad krabicí naplněnou práškem. Po každé vrstvě se nanese nová vrstva prášku. Proces se pak opakuje. Vyjměte svůj díl z 3D tiskárny a očistěte veškerý uvolněný, neslinutý prášek. Ve většině případů budou na vašem dílu a kolem něj podpůrné struktury pro 3D tisk z titanu. Tyto podpěry je nutné odstranit ručně pomocí velmi výkonných kotoučových pil a dalších nástrojů. Jakmile jsou podpěry odstraněny, je nutné ruční leštění, aby se odstranily stopy podpěr. Poté mohou být vyžadovány kroky po dokončení, jako je leštění celého dílu.

Tání elektronového paprsku

EBM (Electron Beam Melting) označuje elektronový paprsek, který je aplikován na vrstvu titanového prášku, taví jej a spojuje s předchozí vrstvou. EBM využívá vysokoenergetický elektronový paprsek ve vakuu k roztavení titanového prášku. Paprsek snímá přes lože titanového prášku, taví a tuhne materiál vrstvu po vrstvě podle digitálního návrhu. EBM je považován za přesnější než DMLS a je vhodný pro výrobu menších, složitých titanových dílů. EBM je zvláště účinný při kontrole reaktivních vlastností titanu, protože vakuové prostředí zabraňuje oxidaci, což je běžný problém, když se titan zahřívá na vzduchu. Elektronový paprsek může také dynamicky upravovat zaostření a výkon, což umožňuje přesné řízení procesu tavení, což je zásadní pro zachování výkonu a strukturální integrity titanových dílů.

Proces EBM se naproti tomu provádí ve vakuu a při vysokých teplotách. To má za následek minimální zbytkové napětí v 3D tištěných dílech, což také znamená, že tyto 3D tištěné titanové díly nevyžadují následné tepelné zpracování.

Slitiny titanu pro 3D tisk

Nejčastěji používaným typem titanu pro 3D tisk je slitina Ti6Al4V (Ti64). Kromě Ti64 lze pro 3D tisk použít i čistý titan. Jak se technologie 3D tisku vyvíjí, výrobci materiálů vytvářejí různé titanové prášky vhodné pro 3D tisk. Tyto kovové prášky jsou pečlivě navrženy s jednotnou velikostí a tvarem částic, což zlepšuje tekutost a hustotu balení na tiskovém lůžku. Toto vylepšení umožňuje hladší a detailnější tisk a zlepšuje mechanické vlastnosti snížením inkluzí a poréznosti. Většina titanového 3D tisku používá spíše slitiny titanu (kovové materiály obsahující slitiny titanu s jinými prvky) než čistý titan. Typ použité titanové slitiny závisí na konkrétní aplikaci 3D tisku. Některé běžné odrůdy jsou uvedeny v tabulce níže.

Slitina	Stupeň	Popis	Aplikace
Ti-6Al-4V	5	Nejběžnější a nejdůležitější titanová slitina pro 3D tisk s vynikající pevností vůči hmotnosti, odolností proti korozi a biokompatibilitou	Letecké komponenty, automobilové komponenty, chirurgické nástroje, lékařské implantáty
Ti-6Al-4V-ELI	23	Tato čistší titanová slitina má „extrémně nízkou intersticiální vrstvu“, díky čemuž je o něco slabší než stupeň 5, ale lepší pro biomedicínské aplikace.	Chirurgické nástroje, lékařské implantáty
Ti-6Al 2Sn-4Zr-2Mo		Téměř alfa titanová slitina s vysokou pevností a vynikající odolností proti korozi	Letecké komponenty, letecké komponenty, námořní komponenty
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr		Beta titanová slitina s vysokou pevností a houževnatostí, která je slibná při 3D tisku díky své špatné obrobitelnosti	Průmyslové komponenty

Titan grade 5 6Al-4V je nejběžněji používaná titanová slitina v aditivní výrobě a je ideální pro prototypy a funkční díly v leteckém, automobilovém a vojenském sektoru. Je to také vynikající materiál pro výrobu dílů se složitou geometrií a přesností, stejně jako výrobních nástrojů. Titan grade 23 6Al-4V je biokompatibilní slitina, která se často používá v lékařských implantátech a protetice. Titan třídy Beta 21S má vyšší pevnost než tradiční slitiny titanu, jako je Ti-6Al-4V, a také má lepší odolnost proti oxidaci a tečení než tradiční slitiny titanu, jako je Ti-15V-3Cr. Ze všech slitin titanu má titan třídy 21 nejnižší účinnost absorpce vodíku. Je ideální pro ortopedické implantáty a aplikace leteckých motorů. Beta titan je široce používán v zubních korekcích. Cp-Ti (čistý titan) třídy 1 a 2 jsou široce používány v lékařské oblasti díky své biokompatibilitě s lidským tělem. TA15 je slitina téměř alfa titanu s přísadami hliníku a zirkonia. Díly vyrobené z TA15 mají vysokou měrnou pevnost, vysokou nosnost a teplotní odolnost, takže je lze použít pro těžké díly v letecké výrobě a výrobě motorů.

Povrchová úprava 3D tištěných titanových dílů

Wstitanium nabízí titanové komponenty se specializovanými povrchovými úpravami. K titanovým dílům lze během následného zpracování přidat možnosti, jako je pevnost, odolnost proti korozi a vodivost kovu. Mezi povrchové úpravy poskytované službami 3D tisku z titanu Wstitanium patří brokování, elektrochemické leštění a CNC obrábění, tepelné zpracování a další.

Pískování

Pískováním lze z povrchu dílů odstranit vady, důlky, rez a další nečistoty. Pískování se často používá k přípravě dílů pro nátěr. Mezi různé způsoby pískování patří mikropískování, kartáčování, perličkové tryskání atd. Při pískování se používají abraziva, jako je ocelová drť, karbid křemíku, pemza atd.

Shot Peening

Shot Peening může zvýšit pevnost součásti a snížit její rozložení napětí. Během procesu brokování je díl vystaven několika výstřelům, které zanechávají deformace na povrchu dílu. Proces přidává vrstvu tlakového napětí.

Optické leštění

Optické leštění je nákladově efektivní a poskytuje jasný povrchový efekt. Optické leštění vytváří mikrofiniš nebo superfiniš na povrchu dílu při přípravě na další zpracování. Procesy optického leštění jsou nejvhodnější pro projekty s nízkoobjemovými geometriemi nezávislými na toleranci.

Elektrochemické leštění

Elektrochemické leštění vytváří na kovových dílech zrcadlový povrch a lze jej také použít k přípravě dílu pro další povrchovou úpravu. Při tomto procesu se díl umístí do elektrolytického roztoku s měděnou nebo olověnou katodou. Roztokem protéká elektrický proud, který vyhlazuje povrch součásti.

Galvanizérství

Galvanické pokovování přidává na vnější stranu součásti kovovou vrstvu, čímž se zvyšuje její pevnost a odolnost. Galvanizace rozpouští kov v elektrolytickém roztoku a přenáší jej na povrch součásti. Některé z nejběžnějších kovů používaných v procesu galvanického pokovování jsou měď a zinek.

CNC dokončování/obrábění

CNC obrábění přidává odolnost proti opotřebení, vodivost kovu, pevnost, odolnost proti korozi a další. CNC dokončovací práce může zlepšit vzhled dílu a připravit jej pro finální nátěr. Dokončení může zahrnovat práškové lakování, pískování, pasivaci a eloxování.

Tepelné zpracování

Tepelné zpracování zlepšuje mechanické vlastnosti titanu, jako je pevnost a houževnatost. Toto je kritický krok pro díly, které jsou vystaveny vysokému namáhání.

Tepelně zpracovaný titan TiAl4V	Hodnota
Mez kluzu Rp 0.2 %	950-1050 MPa
Maximální pevnost v tahu Rm	1000-1150 MPa
Prodloužení po přetržení	9 15-%
Youngův modul	105-125 GPa
Relativní hustota	99.5%

Izostatické lisování za tepla (HIP)

HIP eliminuje vnitřní poréznost v titanových dílech, díky čemuž jsou hustší a pevnější. Během tohoto procesu se titanová slitina zahřívá na 1000 °C po dobu 60 minut v atmosféře argonu a poté se pomalu ochladí.

Titan TiAl4V HIP	Hodnota
Mez kluzu Rp 0.2 %	870-950 MPa
Maximální pevnost v tahu Rm	950-1050 MPa
Prodloužení po přetržení	13 16-%
Youngův modul	105-125 GPA
Relativní hustota	99.5%

Aplikace 3D tisku titanových dílů

3D tištěné titanové díly jsou hlavním zaměřením ve zpracovatelském průmyslu. Titanový 3D tisk změnil pravidla hry v mnoha oblastech s cílem poskytnout lehké a pevné produkty s inovativním designem (často přizpůsobených součástí). Nejdůležitější oblasti použití 3D tištěných dílů jsou: letecký, lékařský, automobilový, cyklistický/závodní, chemický, námořní atd.

Zdravotnictví

Netoxicita, vysoká pevnost a odolnost proti korozi z titanu činí atraktivní materiál pro ortopedické a zubní implantáty. Vzhledem k tomu, že stále více výrobců zdravotnických prostředků umožňuje ve svých výrobních kapacitách služby 3D tisku, počet tištěných chirurgických implantátů na bázi titanu schválených americkou FDA stále roste. V kombinaci s 3D tiskem mohou výrobci zdravotnických prostředků vyrábět implantáty se složitými porézními strukturami. Je pozoruhodné, že tyto struktury napodobují strukturu lidských kostí, takže je kostní buňky rozpoznávají jako lešení pro růst. V lékařském průmyslu byly 3D tištěné titanové implantáty úspěšné v aplikacích na páteř, kyčle, kolena a končetiny díky přirozené biologické kompatibilitě titanu a dobrým mechanickým vlastnostem. Navíc schopnost 3D tisku přizpůsobených porézních struktur (čímž se dosáhne integrace kosti) a možnosti hromadného přizpůsobení lépe dosahují terapeutických účinků pro pacienty.

V roce 2023 získaly 3D tištěné díly Wstitanium pro náhrady zápěstí a kotníku pro pacienty léčené ve University Hospital of North Midlands ve Spojeném království velkou pochvalu od lékařů a pacientů.

Aerospace

Poměr pevnosti a hmotnosti titanu umožňuje výrobu složitých součástí, které jsou lehčí a odolnější než ty, které jsou vyrobeny z tradičních materiálů, díky čemuž jsou letadla nejen úspornější, ale také schopná odolat extrémnímu namáhání letu. V leteckém průmyslu se některé vyrobené díly vyrobené na bázi titanu 3D tiskem v současné době používají v komerčních a vojenských aplikacích a mnoho dalších prototypů je v procesu získávání certifikace od Federálního úřadu pro letectví. 3D tištěné titanové díly jsou vysoce ceněny pro svůj nízký poměr „buy to fly“, což je letecký termín, který odkazuje na korelaci mezi hmotností výchozího materiálu a hmotností tištěného dílu. 3D tištěné titanové díly pomáhají snižovat hmotnost vysoce zatížených konstrukcí, díky čemuž jsou ideální pro proudové motory, plynové turbíny a mnoho součástí draků letadel.

Například Liebherr snížil hmotnost držáku o 29 % a zvýšil jeho tuhost. Letecký dodavatel Liebherr-Aerospace & Transportation SAS zahájí sériovou výrobu 3D-tištěných titanových držáků příďových podvozků pro Airbus A350 XWB v roce 2023. Tyto držáky budou prvními díly Airbusu, které budou vyrobeny pomocí 3D-tištěného titanu.

Automobilový průmysl

Automobilový průmysl nepřijal titanový 3D tisk tak rychle jako letecký a lékařský průmysl. Navzdory tomu, že spotřebitelský automobilový trh nabízí stejné výhody, je velmi šetrný k nákladům, což omezuje použití tohoto drahého materiálu ve většině vozidel. 3D tištěné titanové díly usnadňují vývoj zakázkových vysoce výkonných vozů. Výrobci mohou vytvořit lehké, ale pevné titanové díly, jako jsou ozubená kola a držáky, což pomáhá snížit celkovou hmotnost vozidla a zlepšit výkon. Tato aplikace je klíčová v sektoru elektrických vozidel, kde lze výrazně zlepšit účinnost a dojezd baterie snížením hmotnosti vozidla. V současné době jsou titanové 3D tištěné díly široce používány v závodních a luxusních autech, kde jsou důležitými faktory hmotnost a výkon.

V automobilovém průmyslu je jedním z nejvýznamnějších příkladů titanového 3D tisku brzdový třmen vyvinutý společností Bugatti pro její superauto Bugatti Chiron. Brzdový třmen, důležitá součást brzdového systému, měří 41 x 21 x 13.6 cm a byl 3D vytištěn za 45 hodin pomocí technologie DSLM. Hotový díl je prý asi o 40 % lehčí než obrobená hliníková alternativa. V roce 2022 navrhla společnost Wstitanium titanové výfukové potrubí pro vůz formule 50 studentského týmu Oxford Brookes ve Velké Británii, čímž dosáhla XNUMX% snížení hmotnosti.

Jízdní kolo

3D tištěný titan je téměř samozřejmostí v dnešních vysoce výkonných kolech, kde je kritická každá unce hmotnosti a vysoká pevnost. Lehký celotitanový rám, který představuje klíčové sekundy v závodních časech a umožňuje nové konstrukční geometrie, je o 400 gramů lehčí než předchozí hliníková verze 7075. Titan se také používá k výrobě klik, brzdových pák, představců, závěsů přehazovaček a dokonce i plných rámů, které se ukázaly být stejně pevné jako hliník a lehké jako uhlíkové vlákno, aniž by čelily problémům udržitelnosti uhlíkových vláken. 3D tištěný titan umožňuje upravit kolo podle preferencí jezdce a rám nevyžaduje žádné lakování ani nátěr.

Wstitanium zvýší své úsilí v oblasti titanového 3D tisku v roce 2024 a plánuje využít technologii 3D tisku k výrobě titanových rámů a komponentů jízdních kol s roční produkcí více než 2,000 XNUMX kusů. Titanové komponenty budou použity na různých modelech jízdních kol s cílem poskytnout zákazníkům titanové cyklistické produkty s vyšší pevností, nižší hmotností a delší životností.

Optimalizace návrhu 3D tisku titanových dílů

Titan je zdaleka nejsilnější 3D tiskový materiál od Wstitanium. Toho si také všimnete při navrhování 3D modelů pro tento materiál. Chcete-li získat lepší titanové 3D výtisky, které hledáte, zde je několik jednoduchých tipů, které byste měli mít na paměti:

Tloušťka stěny: Minimální tloušťka „stěny“ může být pouhých 0.4 mm! U většiny materiálů je tato hodnota typicky 1 až 3 mm. Wstitanium doporučuje u titanových dílů dodržet minimální tloušťku stěny alespoň 1 mm.

Velikost detailu: S tiskárnou DMLS můžete tisknout velmi jemné detaily. Vzdálenost mezi stěnou modelu a povrchem detailu může být pouhých 0.25 mm!

Přesnost: Kvůli tepelné roztažnosti a smršťování titanového kovu mohou být 3D výtisky o něco větší nebo menší než váš původní návrh. DMLS je však zdaleka rozměrově nejpřesnější kovový 3D tiskový proces. U titanových slitin je přesnost obvykle lepší než 2 %.

Geometrie: Pravé úhly a rovné linie mají tendenci vypadat méně atraktivně než organické nebo volné tvary. Úhly menší než 35° mají za následek špatnou kvalitu povrchu. Strmé úhly nad 35° mají tendenci vytvářet jemnější, hladší a lépe vypadající povrchy. DMLS je nejlepší volbou pro výrobu dílů ve tvaru sítě.

Galerie 3D tištěných titanových dílů

Wstitanium vyrábí 3D tištěné titanové díly pro různé obory, včetně jízdních kol, letectví, lékařství a dalších.Titan (TiAl 6 V 4 ) je velmi pevný, lehký a korozivzdorný kovový materiál. 3D tisk označuje tisk titanového prášku společně s laserem za účelem jeho spékání za účelem vytvoření dílů, které jsou stejně dobré jako obrobené modely. 3D tištěný titan (neleštěný) nevypadá jako tradiční lesklý frézovaný titan. Místo toho má matnou šedou povrchovou úpravu, která je mírně drsnější a méně výrazná, nebo mírně reflexní saténovou povrchovou úpravu.

3D tisk titanové služby

Wstitanium Workshop