3D Printing Titanium Services

3D-printløsninger leveret af Wstitanium omfatter: DMLS, EBM. Fremstil fuldt funktionelle titaniumprototyper og brugerdefinerede titaniumdele på 7 dage eller mindre til slutdele til slutbrug.

3D-printtjenester til titanium dele

Titanium er et svært metal at bearbejde, især når det kommer til CNC bearbejdning. For det første har titanium en lav varmeledningsevne. Det betyder, at når en CNC-maskine f.eks. udfører fræsning, lagres den genererede varme i værktøjet. Dette kan få værktøjet til at slides hurtigt. Da bearbejdning desuden involverer skæring og fjernelse af materiale, kan processen resultere i meget materialespild. Som følge heraf leder mange virksomheder efter bedre alternative løsninger til fremstilling af titaniumdele. Metal 3D-print af titanium har vist sig at være et levedygtigt alternativ. Den mest almindeligt anvendte titaniumkvalitet er legeringen Ti6Al4V (Ti64). Udover Ti64 kan rent titanium også bruges til 3D-print.

Wstitanium 3D Printing Workshop

Fordele ved 3D-print Titanium

3D-printet titanium kan fremstilles økonomisk i små og mellemstore partier. Det er en mere omkostningseffektiv mulighed sammenlignet med metoder som CNC-fræsning, drejning eller støbning, da prisen ikke afhænger af delens kompleksitet. Alt, hvad der er nødvendigt for at fremstille titaniumprodukter med succes, er en 3D-printer og metalpulver i stedet for at stole på dyre værktøjer eller komplekse specialiserede løsninger.

Reduceret spild af materiale

Sammenlignet med traditionelle subtraktive fremstillingsprocesser, såsom CNC-bearbejdning, er 3D-print en additiv fremstillingsteknologi, der ikke genererer meget materialespild. Under fremstillingsprocessen kan det resterende titaniumpulver bruges til næste tryk. Derudover kan 3D-print af titanium producere dele meget tæt på den endelige ønskede form, hvilket reducerer behovet for omfattende efterbehandling og reducerer spild yderligere.

Designoptimering

3D-print er i stand til at skabe dele med komplekse letvægtsstrukturer, som er svære eller umulige at fremstille med traditionelle metoder. Det betyder, at der skal bruges mindre materiale og samtidig bevare styrke og funktionalitet. En af måderne, hvorpå ingeniører opnår designoptimering, er gennem topologioptimering i CAD-software, som konsoliderer flere dele til en enkelt printet del, hvilket kan reducere monteringstid, arbejdsomkostninger og potentielle fejlpunkter.

Ingen værktøjs- eller opsætningsomkostninger

Til enten støbning eller CNC-bearbejdning af titaniumdele kræves brugerdefineret værktøj såsom forme, armaturer osv. 3D-print eliminerer behovet for yderligere værktøj, fordi delene printes direkte fra den digitale fil. Ændringer til deldesign kan implementeres hurtigt uden behov for nyt værktøj, hvilket reducerer omkostningerne forbundet med designændringer.

Kortere ledetid

Wstitanium bruger en intern metal 3D-printer, og leveringen af en enkelt del kan kun tage 1 dag, mens CNC-bearbejdning og støbning kan tage længere tid (som nævnt ovenfor kræver de hjælp fra værktøj eller inventar). 3D-printtjenester har kortere fremstillingstider, og du kan bestille dele efter behov uden behov for lagerreserver. Dette reducerer risikoen for kapital betydeligt.

Tilpasning og fleksibilitet

3D-print gør det muligt at fremstille specialdele uden genmontering, hvilket gør det nemmere og mere omkostningseffektivt at producere små partier eller tilpassede produkter, hvilket yderligere reducerer driftsomkostningerne. For eksempel patientspecifikke kirurgiske værktøjer.

Energieffektivitet

3D-print af titaniumtjenester, såsom elektronstrålesmeltning (EBM) eller selektiv lasersmeltning (SLM), er mere energieffektive end CNC-bearbejdning, især når man overvejer det reducerede behov for efterbehandling og materialegenanvendelse.

Wstitanium In-house 3D-printteknologi

Siden 2019 har Wstitanium brugt mere end 2 millioner dollars på at investere i metal 3D-printteknologier, såsom DMLM, DMLS, LPBF og LMF. Blandt dem er laserpulverbedfusion (LPBF) den mest almindelige.

DMLS

Direct Metal Laser Sintering (DMLS) ligner Laser Sintering Technology (SLS), men i stedet for at bruge polyamid, bruges fint titaniumpulver til at bygge modellen lag for lag. Et tyndt lag af titaniumpulver er lagt ned i 3D-printeren. Dette lag sintres derefter og størkner af en meget kraftig laser og bliver det nederste lag af delen. Laserstrålen bevæger sig hen over en kasse fyldt med pulver. Efter hvert lag påføres et nyt lag pudder. Processen gentages derefter. Fjern din del fra 3D-printeren og rens alt løst, usintret pulver af. I de fleste tilfælde vil der være støttestrukturer til 3D-print lavet af titanium på og omkring din del. Disse understøtninger skal fjernes manuelt ved hjælp af meget kraftige rundsave og andet værktøj. Når understøtningerne er fjernet, kræves manuel polering for at fjerne spor af understøtningerne. Efterbehandlingstrin kan derefter være påkrævet, såsom polering af hele delen.

Elektronstrålesmeltning

EBM (Electron Beam Melting) refererer til, at elektronstrålen påføres et lag titaniumpulver, smelter det og smelter det sammen med det forrige lag. EBM bruger en højenergielektronstråle under vakuum til at smelte titaniumpulver. Strålen scanner over et leje af titaniumpulver, smelter og størkner materialet lag for lag i henhold til et digitalt design. EBM anses for at være mere præcis end DMLS og er velegnet til fremstilling af mindre komplekse titaniumdele. EBM er særligt effektiv til at kontrollere titaniums reaktive egenskaber, fordi vakuummiljøet forhindrer oxidation, et almindeligt problem, når titanium opvarmes i luft. Elektronstrålen kan også dynamisk justere fokus og kraft, hvilket giver mulighed for præcis kontrol af smelteprocessen, hvilket er afgørende for at opretholde ydeevnen og den strukturelle integritet af titaniumdele.

EBM-processen udføres derimod under vakuum og ved høje temperaturer. Dette resulterer i minimal restbelastning i 3D-printede dele, hvilket også betyder, at disse 3D-printede titaniumdele ikke kræver efterfølgende varmebehandling.

Titanium legering kvaliteter til 3D print

Den mest almindeligt anvendte titaniumkvalitet til 3D-print er legeringen Ti6Al4V (Ti64). Udover Ti64 kan rent titanium også bruges til 3D-print. Efterhånden som 3D-printteknologien udvikler sig, skaber materialeproducenter en række titaniumpulvere, der er egnede til 3D-print. Disse metalpulvere er omhyggeligt designet med ensartet partikelstørrelse og form, hvilket forbedrer flydende og pakningstæthed på printlejet. Denne forbedring muliggør jævnere og mere detaljeret udskrivning og forbedrer de mekaniske egenskaber ved at reducere indeslutninger og porøsitet. De fleste titanium 3D-udskrivning bruger titanlegeringer (metalmaterialer, der indeholder legeringer af titanium med andre elementer) i stedet for rent titanium. Den anvendte type titanlegering afhænger af den specifikke 3D-printapplikation. Nogle almindelige sorter er vist i tabellen nedenfor.

Alloy	Grade	Produktbeskrivelse	Applikationer
Ti-6Al-4V	5	Den mest almindelige og vigtige titanlegering til 3D-print, med fremragende styrke-til-vægt, korrosionsbestandighed og biokompatibilitet	Luftfartskomponenter, bilkomponenter, kirurgiske instrumenter, medicinske implantater
Ti-6Al-4V-ELI	23	Denne renere titanlegering har en "ekstra lav interstitial", hvilket gør den lidt svagere end grad 5, men bedre til biomedicinske applikationer	Kirurgiske instrumenter, medicinske implantater
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo		En nær-alfa titanlegering med høj styrke og fremragende korrosionsbestandighed	Luftfartskomponenter, luftfartskomponenter, marinekomponenter
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr		En beta titanlegering med høj styrke og sejhed, der viser løfte i 3D-print på grund af dens dårlige bearbejdelighed	Industrielle komponenter

Titanium grade 5 6Al-4V er den mest almindeligt anvendte titanlegering i additiv fremstilling og er ideel til prototyper og funktionelle dele i luftfarts-, bil- og militærsektoren. Det er også et fremragende materiale til fremstilling af dele med komplekse geometrier og præcision samt produktionsværktøjer. Titanium grade 23 6Al-4V er en biokompatibel legering, der ofte bruges i medicinske implantater og proteser. Beta 21S titanium har højere styrke end traditionelle titanlegeringer såsom Ti-6Al-4V, og har også bedre oxidations- og krybemodstand end traditionelle titanlegeringer såsom Ti-15V-3Cr. Af alle titanlegeringer har titanium af 21 kvalitet den laveste brintabsorptionseffektivitet. Den er ideel til ortopædiske implantater og rumfartsmotorer. Beta titanium er meget udbredt til tandkorrektioner. Cp-Ti (rent titanium) grad 1 og 2 er meget udbredt inden for det medicinske område på grund af deres biokompatibilitet med den menneskelige krop. TA15 er en næsten-alfa titanlegering med aluminium og zirconium additiver. Dele fremstillet af TA15 har høj specifik styrke, høj bæreevne og temperaturmodstand, så de kan bruges til tunge dele i fly- og motorfremstilling.

Overfladebehandling af 3D-printede titandele

Wstitanium tilbyder titaniumkomponenter med specialiserede overfladefinisher. Muligheder såsom styrke, rustbestandighed og metalledningsevne kan tilføjes til titaniumdele under efterbehandling. Overfladebehandlinger leveret af Wstitaniums titanium 3D-printtjenester omfatter shotpeening, elektrokemisk polering og CNC-bearbejdning, varmebehandling og mere.

sandblæsning

Sandblæsning kan fjerne defekter, gruber, rust og andre forurenende stoffer fra overfladen af dele. Sandblæsning bruges ofte til at forberede dele til belægning. Forskellige sandblæsningsmetoder omfatter mikrosandblæsning, børsteblæsning, perleblæsning osv. Ved sandblæsning anvendes slibemidler som stålkorn, siliciumcarbid, pimpsten mv.

Shot Peening

Shot Peening kan øge styrken af en del og reducere dens spændingsfordeling. Under shotpeening-processen udsættes delen for flere skud, som efterlader deformationer på delens overflade. Processen tilføjer et trykspændingslag.

Optisk polering

Optisk polering er omkostningseffektiv og giver en lys overfladeeffekt. Optisk polering skaber en mikro-finish eller super-finish på overfladen af delen som forberedelse til videre bearbejdning. Optiske poleringsprocesser er bedst egnede til projekter med lavvolumen, ikke-toleranceafhængige geometrier.

Elektrokemisk polering

Elektrokemisk polering giver en spejllignende finish på metaldele og kan også bruges til at forberede en del til yderligere efterbehandling. I denne proces anbringes delen i en elektrolytisk opløsning med en kobber- eller blykatode. En elektrisk strøm løber gennem opløsningen og udjævner delens overflade.

galvanisering

Galvanisering tilføjer et metallag til ydersiden af en del, hvilket øger dens styrke og holdbarhed. Elektroplettering opløser metallet i en elektrolytisk opløsning og overfører det til overfladen af delen. Nogle af de mest almindelige metaller, der anvendes i galvaniseringsprocessen, er kobber og zink.

CNC efterbehandling/bearbejdning

CNC-bearbejdning tilføjer slidstyrke, metalledningsevne, styrke, rustbestandighed og mere. CNC efterbehandling kan forbedre udseendet af delen og forberede den til endelig belægning. Efterbehandling kan involvere pulverlakering, sandblæsning, passivering og anodisering.

Varmebehandling

Varmebehandling forbedrer titaniums mekaniske egenskaber, såsom styrke og sejhed. Dette er et kritisk trin for dele, der udsættes for høje belastninger.

Titanium TiAl4V varmebehandlet	Værdi
Udbyttestyrke Rp 0.2 %	950-1050 MPa
Ultimativ trækstyrke Rm	1000-1150 MPa
Forlængelse ved pause	9-15%
Young's Modulus	105-125 GPa
Relativ tæthed	99.5%

Varm isostatisk presning (HIP)

HIP eliminerer intern porøsitet i titanium dele, hvilket gør dem tættere og stærkere. Under denne proces opvarmes titanlegeringen til 1000⁰C i 60 minutter i en argonatmosfære og afkøles derefter langsomt.

Titanium TiAl4V HIP	Værdi
Udbyttestyrke Rp 0.2 %	870-950 MPa
Ultimativ trækstyrke Rm	950-1050 MPa
Forlængelse ved pause	13-16%
Young's Modulus	105-125 GPA
Relativ tæthed	99.5%

Ansøgning om 3D-udskrivning af titandele

3D-printede titanium dele er et stort fokus i fremstillingsindustrien. Titanium 3D-print har ændret spillereglerne på flere områder, med det formål at levere lette og stærke produkter med innovative (ofte tilpassede dele) designs. De vigtigste anvendelsesområder for 3D-printede dele er: rumfart, medicinsk, bil, cykel/racer, kemikalier, marine osv.

Medicin

Titaniums ikke-toksicitet, høje styrke og korrosionsbestandighed gør det til et attraktivt materiale til ortopædiske og dentale implantater. Efterhånden som flere og flere medicinske producenter tillader 3D-printtjenester i deres produktionskapacitet, fortsætter antallet af titanium-baserede printede kirurgiske implantater godkendt af US FDA med at vokse. Når det kombineres med 3D-print, kan producenter af medicinsk udstyr fremstille implantater med komplekse porøse strukturer. Disse strukturer efterligner især strukturen af menneskelige knogler, så knogleceller genkender dem som stilladser for vækst. I den medicinske industri har 3D-printede titaniumimplantater haft succes i rygsøjle-, hofte-, knæ- og lemmerapplikationer på grund af titaniums iboende biokompatibilitet og gode mekaniske egenskaber. Derudover opnår evnen til at 3D-printe tilpassede porøse strukturer (derved opnå knogleintegration) og massetilpasningsmuligheder bedre terapeutiske effekter for patienter.

I 2023 modtog Wstitaniums 3D-printede dele til håndleds- og ankeludskiftninger til patienter behandlet på University Hospital of North Midlands i Storbritannien stor ros fra læger og patienter.

Luftfart

Titaniums styrke-til-vægt-forhold muliggør produktion af komplekse komponenter, der er lettere og mere holdbare end dem, der er fremstillet af traditionelle materialer, hvilket gør fly ikke kun mere brændstofeffektive, men også i stand til at modstå de ekstreme belastninger ved flyvning. I rumfartsindustrien bruges nogle titanium-baserede 3D-printede fremstillede dele i øjeblikket i kommercielle og militære applikationer, og mange andre prototyper er i gang med at opnå certificering fra Federal Aviation Administration. 3D-printede titaniumdele er højt anset for deres lave "køb for at flyve"-forhold, et rumfartsbegreb, der refererer til sammenhængen mellem vægten af det oprindelige materiale og vægten af den trykte del. 3D-printede titaniumdele hjælper med at reducere vægten af stærkt belastede strukturer, hvilket gør dem ideelle til jetmotorer, gasturbiner og mange flyskrogskomponenter.

For eksempel reducerede Liebherr vægten af beslaget med 29 % og øgede dets stivhed. Luftfartsleverandøren Liebherr-Aerospace & Transportation SAS begynder serieproduktion af 3D-printede titanium-næselandingsstel-beslag til Airbus A350 XWB i 2023. Disse beslag vil være de første Airbus-dele, der bliver produceret ved hjælp af 3D-printet titanium.

Automotive

Bilindustrien har ikke været så hurtige til at anvende titanium 3D-print sammenlignet med fly- og medicinindustrien. På trods af at det tilbyder de samme fordele, er forbrugerbilmarkedet meget omkostningsbevidst, hvilket begrænser brugen af dette dyre materiale i de fleste køretøjer. 3D-printede titaniumdele letter udviklingen af brugerdefinerede højtydende biler. Producenter kan skabe lette, men stærke titaniumdele såsom gear og beslag, som hjælper med at reducere køretøjets samlede vægt og forbedre ydeevnen. Denne applikation er afgørende i elbilsektoren, hvor effektivitet og batterirækkevidde kan forbedres væsentligt ved at reducere køretøjets vægt. I øjeblikket er titanium 3D-printede dele meget brugt i racer- og luksusbiler, hvor vægt og ydeevne er vigtige faktorer.

Inden for bilindustrien er et af de mest fremtrædende eksempler på titanium 3D-print bremsekaliberen udviklet af Bugatti til sin Bugatti Chiron superbil. Bremsekaliberen, en vigtig del af bremsesystemet, måler 41 x 21 x 13.6 cm og blev 3D-printet på 45 timer ved hjælp af DSLM-teknologi. Den færdige del siges at være omkring 40% lettere end det bearbejdede aluminiumsalternativ. I 2022 designede Wstitanium et titanium-udstødningsrør til Formel 50-bilen fra Oxford Brookes studentteam i Storbritannien, hvilket opnåede en vægtreduktion på XNUMX %.

Cykel

3D-printet titanium er næsten almindeligt i nutidens højtydende cykler, hvor hver ounce vægt og høj styrke er kritisk. Et letvægts stel i titanium, der tegner sig for afgørende sekunder i løbstider og muliggør nye designgeometrier, er 400 gram lettere end den tidligere version af aluminium 7075. Titanium bruges også til at lave håndsving, bremsehåndtag, frempinde, skifterhængere og endda hele stel, der viser sig at være lige så stærk som aluminium og lige så let som kulfiber uden at stå over for bæredygtighedsudfordringerne fra kulfiber. 3D printet titanium gør det muligt at tilpasse cyklen til rytterens præferencer, og stellet kræver hverken maling eller belægning.

Wstitanium vil øge sin titanium 3D print indsats i 2024 og planlægger at bruge 3D print teknologi til at fremstille titanium cykelrammer og komponenter med en årlig produktion på mere end 2,000 stykker. Titanium komponenter vil blive brugt på en række forskellige cykelmodeller med det formål at give kunderne titanium cykelprodukter med højere styrke, lettere vægt og mere holdbarhed.

3D-udskrivning Titanium dele design optimering

Titanium er langt det stærkeste 3D-printmateriale fra Wstitanium. Det vil du også bemærke, når du designer 3D-modeller til dette materiale. For at få de bedre titanium 3D-print, du leder efter, er her nogle enkle tips, du bør huske på:

Vægtykkelse: Minimumstykkelsen af "væggen" kan være så lav som 0.4 mm! For de fleste materialer er denne værdi typisk 1 til 3 mm. Wstitanium anbefaler at holde sig til en minimum vægtykkelse på mindst 1 mm for titanium dele.

Detalje størrelse: Med en DMLS printer kan du printe meget fine detaljer. Afstanden mellem modelvæggen og detaljeoverfladen kan være helt ned til 0.25 mm!

Precision: På grund af den termiske udvidelse og sammentrækning af titaniummetal kan 3D-print være lidt større eller mindre end dit originale design. DMLS er dog langt den mest dimensionsmæssigt nøjagtige metal 3D printproces. For titanlegeringer er nøjagtigheden typisk bedre end 2%.

Geometri: Rette vinkler og lige linjer har en tendens til at se mindre attraktive ud end organiske eller frie former. Vinkler mindre end 35° har en tendens til at resultere i dårlig overfladekvalitet. Stejle vinkler over 35° har en tendens til at give finere, glattere og flottere overflader. DMLS er den bedste mulighed for at lave mesh-formede dele.

3D-printet Titanium Reservedelsgalleri

Wstitanium fremstiller 3D-printede titaniumdele til en række forskellige områder, herunder cykler, rumfart, medicinsk og mere.Titanium (TiAl 6 V 4 ) er et meget stærkt, let, korrosionsbestandigt metalmateriale. 3D-print refererer til udskrivning af titaniumpulver sammen med en laser for at sintre det for at skabe dele, der er lige så gode som bearbejdede modeller. 3D-printet titanium (upoleret) ligner ikke traditionelt skinnende formalet titanium. I stedet har den en mat grå finish, der er lidt mere ru og mindre defineret, eller en let reflekterende satin finish.