3D nyomtatási titán szolgáltatások
A Wstitanium által biztosított 3D nyomtatási megoldások közé tartozik: DMLS, EBM. Teljesen működőképes titán prototípusok és egyedi titán alkatrészek gyártása legfeljebb 7 nap alatt a végfelhasználói alkalmazásokhoz szükséges végső alkatrészekhez.
- Gyártási minőségű anyagok prototípus készítése
- Önkényes összetett geometriák
- Szűk tűrések +/- 0.002”
- Csökkentse az összeszerelési lépéseket
- Funkcionális végfelhasználói alkatrészek
Wstitanium műhely
Hatékony létesítményeink
3D nyomtatási szolgáltatások titán alkatrészekhez
A titán nehezen megmunkálható fém, különösen, ha arról van szó CNC megmunkálás. Egyrészt a titánnak alacsony a hővezető képessége. Ez azt jelenti, hogy amikor például egy CNC gép marást végez, a keletkező hő a szerszámban tárolódik. Ez a szerszám gyors kopását okozhatja. Ezen túlmenően, mivel a megmunkálás során anyagokat vágnak és távolítanak el, a folyamat sok anyaghulladékot eredményezhet. Ennek eredményeként sok vállalat keres jobb alternatív megoldásokat a titán alkatrészek gyártására. A titán fém 3D-nyomtatása életképes alternatívának bizonyul. A leggyakrabban használt titánminőség a Ti6Al4V (Ti64) ötvözet. A Ti64 mellett a tiszta titán is használható 3D nyomtatáshoz.
Wstitanium 3D nyomtatási műhely
A titán 3D nyomtatás előnyei
A 3D nyomtatott titán gazdaságosan gyártható kis és közepes tételekben. Költséghatékonyabb megoldás az olyan módszerekhez képest, mint a CNC marás, esztergálás vagy öntés, mivel a költség nem függ az alkatrész összetettségétől. A titán termékek sikeres gyártásához mindössze egy 3D nyomtatóra és fémporra van szükség, nem pedig drága eszközökre vagy összetett speciális megoldásokra.
Csökkentett anyaghulladék
A hagyományos szubtraktív gyártási folyamatokhoz, például a CNC-megmunkáláshoz képest a 3D nyomtatás egy additív gyártási technológia, amely nem termel sok anyaghulladékot. A gyártási folyamat során a maradék titánpor felhasználható a következő nyomathoz. Ezenkívül a 3D-nyomtatású titán a kívánt végső formához nagyon közel álló alkatrészeket képes előállítani, csökkentve a kiterjedt utófeldolgozás szükségességét és tovább csökkentve a hulladékot.
Tervezés optimalizálás
A 3D nyomtatás képes olyan összetett, könnyű szerkezetű alkatrészeket létrehozni, amelyeket hagyományos módszerekkel nehéz vagy lehetetlen előállítani. Ez azt jelenti, hogy kevesebb anyagot kell használni, miközben megőrzi az erőt és a funkcionalitást. A mérnökök a tervezés optimalizálásának egyik módja a CAD-szoftver topológiaoptimalizálása, amely több alkatrészt egyetlen nyomtatott alkatrészbe egyesít, ami csökkentheti az összeszerelési időt, a munkaerőköltségeket és a lehetséges meghibásodási pontokat.
Nincsenek szerszámozási vagy beállítási költségek
A titán alkatrészek öntéséhez vagy CNC megmunkálásához egyedi szerszámokra van szükség, mint például öntőformák, rögzítők stb. A 3D nyomtatás szükségtelenné teszi a további szerszámokat, mivel az alkatrészeket közvetlenül a digitális fájlból nyomtatják ki. Az alkatrésztervezés módosításai gyorsan végrehajthatók új szerszámok szükségessége nélkül, csökkentve a tervezési módosításokkal járó költségeket.
Rövidebb vezetési idő
A Wstitanium házon belüli fém 3D nyomtatót használ, és egy alkatrész szállítása csak 1 napig tarthat, míg a CNC megmunkálás és öntés hosszabb időt vehet igénybe (amint fentebb említettük, ehhez szerszámok vagy rögzítők segítségére van szükség). A 3D nyomtatási szolgáltatások gyártási ideje rövidebb, és igény szerint rendelhet alkatrészeket készlettartalék nélkül. Ez nagymértékben csökkenti a tőkekockázatot.
Testreszabhatóság és rugalmasság
A 3D nyomtatás lehetővé teszi egyedi alkatrészek készítését összeszerelés nélkül, így egyszerűbbé és költséghatékonyabbá válik a kis tételek vagy testre szabott termékek előállítása, tovább csökkentve az üzemeltetési költségeket. Például betegspecifikus sebészeti eszközök.
Energiahatékonyság
A titán 3D-nyomtatási szolgáltatásai, mint például az elektronsugaras olvasztás (EBM) vagy a szelektív lézerolvasztás (SLM), energiahatékonyabbak, mint a CNC-megmunkálás, különösen, ha figyelembe vesszük az utófeldolgozás és az anyag-újrahasznosítás csökkentett szükségességét.
Wstitanium házon belüli 3D nyomtatási technológia
2019 óta a Wstitanium több mint 2 millió dollárt költött fém 3D nyomtatási technológiákba, mint például a DMLM, DMLS, LPBF és LMF. Közülük a lézerporágy-fúzió (LPBF) a leggyakoribb.
A közvetlen fémlézeres szinterezés (DMLS) hasonló a lézeres szinterezési technológiához (SLS), de poliamid helyett finom titánport használnak a modell rétegenkénti felépítéséhez. A 3D nyomtatóban vékony titánpor ágyat helyeznek el. Ezt a réteget ezután egy nagyon erős lézer szinterezi és megszilárdítja, és ez lesz az alkatrész alsó rétege. A lézersugár egy porral teli dobozon mozog. Minden réteg után egy új porréteget alkalmazunk. Ezután a folyamat megismétlődik. Vegye ki az alkatrészt a 3D nyomtatóból, és távolítsa el a laza, nem szinterezett port. A legtöbb esetben titánból készült 3D-nyomtatási tartószerkezetek lesznek az Ön részén és körül. Ezeket a támasztékokat kézzel kell eltávolítani, nagyon erős körfűrészekkel és egyéb szerszámokkal. A támasztékok eltávolítása után kézi polírozás szükséges a támasztékok nyomainak eltávolításához. Ezután szükség lehet utómunkálatokra, például a teljes alkatrész polírozására.
- Maximális titán alkatrészméret: 250 x 250 x 320 mm
- Minimális titán alkatrészméret: 5 mm x 5 mm x 5 mm
- Alapértelmezett rétegmagasság: 0.04 mm
- Opcionális rétegmagasság: 0.05 mm
- MOQ=1
- Tűrés: ±0.02 mm
- Felületi érdesség: 150-400 Ra
- Költség: Főleg a súlytól függ
Az EBM (Electron Beam Melting) azt jelenti, hogy az elektronsugarat egy titánpor rétegre viszik fel, megolvasztják és összeolvasztják az előző réteggel. Az EBM nagy energiájú elektronsugarat használ vákuum alatt a titánpor megolvasztására. A sugár egy titánpor ágyon pásztázik, digitális terv szerint rétegről rétegre olvasztja és megszilárdítja az anyagot. Az EBM pontosabbnak számít, mint a DMLS, és alkalmas kisebb, összetett titán alkatrészek készítésére. Az EBM különösen hatékony a titán reaktív tulajdonságainak szabályozásában, mivel a vákuumkörnyezet megakadályozza az oxidációt, ami gyakori probléma, amikor a titánt levegőben hevítik. Az elektronsugár dinamikusan is beállíthatja a fókuszt és a teljesítményt, lehetővé téve az olvasztási folyamat pontos szabályozását, ami kritikus a titán alkatrészek teljesítményének és szerkezeti integritásának megőrzéséhez.
- Maximális titán alkatrészméret: 210 x 210 x 400 mm
- Minimális titán alkatrészméret: 5 mm x 5 mm x 5 mm
- Rugalmas modulus: 113.8 GPa
- UTS Mpa: 1033
- MOQ=1
- YS 0,2 MPa: 973
- Megnyúlás: 15,6 %
- Tűrés: ±0.02 mm
Az EBM eljárás ezzel szemben vákuumban és magas hőmérsékleten történik. Ez minimális maradékfeszültséget eredményez a 3D nyomtatott alkatrészekben, ami azt is jelenti, hogy ezek a 3D nyomtatott titán alkatrészek nem igényelnek utólagos hőkezelést.
Titánötvözet minőségek 3D nyomtatáshoz
A 3D nyomtatáshoz leggyakrabban használt titánminőség a Ti6Al4V (Ti64) ötvözet. A Ti64 mellett a tiszta titán is használható 3D nyomtatáshoz. A 3D nyomtatási technológia fejlődésével az anyaggyártók különféle titánporokat készítenek, amelyek alkalmasak 3D nyomtatásra. Ezeket a fémporokat gondosan megtervezték, egységes részecskemérettel és -formájúak, ami javítja a folyékonyságot és a csomagolási sűrűséget a nyomtatóágyon. Ez a továbbfejlesztés simább és részletesebb nyomtatást tesz lehetővé, és javítja a mechanikai tulajdonságokat a zárványok és a porozitás csökkentésével. A legtöbb titán 3D nyomtatás titánötvözeteket (titán és más elemekkel ötvözött fémeket) használ a tiszta titán helyett. A használt titánötvözet típusa az adott 3D nyomtatási alkalmazástól függ. Néhány gyakori fajta az alábbi táblázatban látható.
| Ötvözet | Fokozat | Leírás | Alkalmazási területek |
| Ti-6Al-4V | 5 | A legelterjedtebb és legfontosabb titánötvözet a 3D nyomtatáshoz, kiváló szilárdság/súly, korrózióállóság és biokompatibilitás. | Repülőgép-alkatrészek, autóipari alkatrészek, sebészeti műszerek, orvosi implantátumok |
| Ti-6Al-4V-ELI | 23 | Ennek a tisztább titánötvözetnek „extra-alacsony intersticiális” van, így valamivel gyengébb, mint az 5. fokozat, de jobb az orvosbiológiai alkalmazásokhoz | Sebészeti műszerek, orvosi implantátumok |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | Közel alfa titánötvözet nagy szilárdsággal és kiváló korrózióállósággal | Repülési alkatrészek, repülési alkatrészek, tengeri alkatrészek | |
| Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr | Nagy szilárdságú és szívós béta-titán ötvözet, amely gyenge megmunkálhatósága miatt ígéretes a 3D nyomtatásban | Ipari alkatrészek |
Az 5-ös titán 6Al-4V a leggyakrabban használt titánötvözet az additív gyártásban, és ideális prototípusokhoz és funkcionális alkatrészekhez a repülőgépiparban, az autóiparban és a katonai szektorban. Komplex geometriájú és pontosságú alkatrészek, valamint gyártóeszközök gyártásához is kiváló anyag. A 23-as 6Al-4V titán egy biológiailag kompatibilis ötvözet, amelyet gyakran használnak orvosi implantátumokban és protézisekben. A Beta 21S minőségű titán nagyobb szilárdságú, mint a hagyományos titánötvözetek, például a Ti-6Al-4V, és jobb az oxidációval és a kúszással szembeni ellenállása, mint a hagyományos titánötvözetek, például a Ti-15V-3Cr. Az összes titánötvözet közül a 21-es fokozatú titán rendelkezik a legalacsonyabb hidrogénabszorpciós hatékonysággal. Ideális ortopédiai implantátumokhoz és repülőgép-hajtóművekhez. A béta-titánt széles körben használják fogászati korrekciókban. A Cp-Ti (tiszta titán) 1. és 2. fokozatát széles körben használják az orvostudományban, mivel biológiailag kompatibilisek az emberi szervezettel. A TA15 egy majdnem alfa-titán ötvözet alumínium és cirkónium adalékokkal. A TA15-ből készült alkatrészek nagy fajlagos szilárdságúak, nagy teherbíró képességgel és hőállósággal rendelkeznek, így nehéz alkatrészekhez használhatók repülőgép- és motorgyártásban.
3D nyomtatott titán alkatrészek felületkezelése
A Wstitanium titán alkatrészeket kínál speciális felületkezeléssel. Az utófeldolgozás során olyan opciók adhatók hozzá a titán alkatrészekhez, mint a szilárdság, a rozsdaállóság és a fém vezetőképesség. A Wstitanium titán 3D nyomtatási szolgáltatásai által biztosított felületkezelések közé tartozik a sörétezés, az elektrokémiai polírozás és a CNC megmunkálás, a hőkezelés stb.
Homokszóró
A homokfúvással eltávolíthatók a hibák, gödrök, rozsda és egyéb szennyeződések az alkatrészek felületéről. A homokfúvást gyakran használják az alkatrészek bevonásra való előkészítésére. A különböző homokfúvás módszerek közé tartozik a mikrohomokfúvás, kefeszórás, gyöngyszórás stb. A homokfúvás csiszolóanyagokat használ, mint például acélszemcse, szilícium-karbid, habkő stb.
Shot Peening
A sörétesítés növelheti az alkatrész szilárdságát és csökkentheti a feszültségeloszlást. A sörétes kivágás során az alkatrészt többszörös lövésnek vetik alá, amelyek deformációkat hagynak az alkatrész felületén. Az eljárás nyomófeszültség-réteget ad hozzá.
Optikai polírozás
Az optikai polírozás költséghatékony és fényes felületi hatást biztosít. Az optikai polírozás mikro- vagy szuperfényezést hoz létre az alkatrész felületén, előkészítve a további feldolgozásra. Az optikai polírozási eljárások a legalkalmasabbak kis volumenű, nem tűrésfüggő geometriájú projektekhez.
Elektrokémiai polírozás
Az elektrokémiai polírozás tükörszerű felületet eredményez a fém alkatrészeken, és egy alkatrész előkészítésére is használható a további simításra. Ebben a folyamatban az alkatrészt réz- vagy ólomkatódos elektrolitikus oldatba helyezik. Az oldaton elektromos áram folyik keresztül, ami simítja az alkatrész felületét.
Galvanizálás
A galvanizálás fémréteget ad az alkatrész külső felületéhez, növelve annak szilárdságát és tartósságát. A galvanizálás a fémet elektrolitikus oldatban feloldja és az alkatrész felületére viszi. A galvanizálási eljárásban leggyakrabban használt fémek közül néhány a réz és a cink.
CNC kikészítés/megmunkálás
A CNC megmunkálás növeli a kopásállóságot, a fém vezetőképességét, a szilárdságot, a rozsdaállóságot és egyebeket. A CNC felületkezelés javíthatja az alkatrész megjelenését, és előkészítheti a végső bevonatolásra. A felületkezelés magában foglalhatja a porfestést, a homokfúvást, a passziválást és az eloxálást.
Hőkezelés
A hőkezelés javítja a titán mechanikai tulajdonságait, például szilárdságát és szívósságát. Ez kritikus lépés a nagy igénybevételnek kitett alkatrészek esetében.
| Titán TiAl4V hőkezelt | Érték |
|---|---|
| Hozamerő Rp 0.2% | 950-1050 MPa |
| Végső szakítószilárdság Rm | 1000-1150 MPa |
| Szakadási nyúlás | 9-15% |
| Young's Modulus | 105-125 GPa |
| Relatív sűrűség | 99.5% |
Meleg izosztatikus préselés (HIP)
A HIP kiküszöböli a titán alkatrészek belső porozitását, ezáltal sűrűbbé és erősebbé teszi azokat. A folyamat során a titánötvözetet 1000 °C-ra melegítik 60 percig argonatmoszférában, majd lassan lehűtik.
| Titán TiAl4V HIP | Érték |
|---|---|
| Hozamerősség Rp 0.2 % | 870-950 MPa |
| Végső szakítószilárdság Rm | 950-1050 MPa |
| Szakadási nyúlás | 13-16% |
| Young's Modulus | 105-125 GPA |
| Relatív sűrűség | 99.5% |
3D nyomtatási titán alkatrészek alkalmazása
A 3D nyomtatott titán alkatrészek a feldolgozóiparban a fő hangsúlyt kapják. A titán 3D nyomtatás több területen megváltoztatta a játékszabályokat, és célja, hogy könnyű és erős termékeket kínáljon innovatív (gyakran testreszabott alkatrész) kialakítással. A 3D nyomtatott alkatrészek legfontosabb felhasználási területei: repülőgépipar, orvosi, autóipar, kerékpár/versenyzés, vegyipar, tengeri stb.
A titán nem mérgező, nagy szilárdsága és korrózióállósága vonzó anyaggá teszi az ortopédiai és fogászati implantátumok számára. Ahogy egyre több orvostechnikai gyártó engedélyezi a 3D nyomtatási szolgáltatásokat a gyártási képességeiben, az Egyesült Államok FDA által jóváhagyott titán alapú nyomtatott sebészeti implantátumok száma folyamatosan növekszik. 3D nyomtatással kombinálva az orvostechnikai eszközök gyártói összetett porózus szerkezetű implantátumokat gyárthatnak. Nevezetesen, ezek a struktúrák utánozzák az emberi csontok szerkezetét, így a csontsejtek a növekedés vázaként ismerik fel őket. Az orvosi iparban a 3D nyomtatott titán implantátumok sikeresek a gerinc, a csípő, a térd és a végtagok alkalmazásában a titán biológiai kompatibilitásának és jó mechanikai tulajdonságainak köszönhetően. Ezen túlmenően a testreszabott porózus struktúrák 3D-nyomtatásának képessége (így a csontintegráció elérése) és a tömeges testreszabási lehetőségek jobban érik el a terápiás hatásokat a betegek számára.
2023-ban a Wstitanium 3D nyomtatott alkatrészei a brit North Midlands Egyetemi Kórházban kezelt betegek csukló- és bokaprotéziséhez nagy dicséretet kaptak az orvosoktól és a betegektől.
A titán szilárdság-tömeg aránya lehetővé teszi olyan összetett alkatrészek gyártását, amelyek könnyebbek és tartósabbak, mint a hagyományos anyagokból készültek, így a repülőgépek nem csak üzemanyag-hatékonyabbak, de ellenállnak a repülés szélsőséges igénybevételének is. A repülőgépiparban néhány titán alapú 3D-nyomtatott gyártott alkatrészt jelenleg kereskedelmi és katonai alkalmazásokban használnak, és sok más prototípus a Szövetségi Légiközlekedési Igazgatóság tanúsítványának megszerzése folyamatban van. A 3D-nyomtatott titán alkatrészeket nagyra értékelik alacsony „vásárlás és repülés” arányuk miatt. Ez a repülési kifejezés a kiindulási anyag tömege és a nyomtatott rész tömege közötti összefüggésre utal. A 3D-nyomtatott titán alkatrészek segítenek csökkenteni a nagy terhelésű szerkezetek súlyát, így ideálisak sugárhajtóművekhez, gázturbinákhoz és számos repülőgépváz-alkatrészhez.
Például a Liebherr 29%-kal csökkentette a konzol tömegét és növelte a merevségét. A Liebherr-Aerospace & Transportation SAS repülőgépipari beszállító 3-ban megkezdi a 350D-nyomtatott titán futómű-tartók sorozatgyártását az Airbus A2023 XWB-hez. Ezek a konzolok lesznek az első Airbus-alkatrészek, amelyeket 3D-nyomtatott titán felhasználásával állítanak elő.
Az autóipar nem volt olyan gyors a titán 3D-nyomtatás elfogadása terén, mint a repülőgépipar és az orvosi ipar. Annak ellenére, hogy ugyanazokat az előnyöket kínálja, a fogyasztói autóipari piac nagyon költségtudatos, ami korlátozza ennek a drága anyagnak a használatát a legtöbb járműben. A 3D nyomtatott titán alkatrészek megkönnyítik az egyedi, nagy teljesítményű autók fejlesztését. A gyártók könnyű, de erős titán alkatrészeket, például fogaskerekeket és konzolokat készíthetnek, ami segít csökkenteni a jármű össztömegét és javítani a teljesítményt. Ez az alkalmazás kulcsfontosságú az elektromos járművek szektorában, ahol a hatékonyság és az akkumulátor hatótávolsága jelentősen javítható a jármű tömegének csökkentésével. Jelenleg a titán 3D nyomtatott alkatrészeket széles körben használják verseny- és luxusautókban, ahol a súly és a teljesítmény fontos tényező.
Az autóiparban a titán 3D nyomtatás egyik legkiemelkedőbb példája a Bugatti által a Bugatti Chiron szuperautóhoz kifejlesztett féknyereg. A féknyereg, a fékrendszer fontos része, 41 x 21 x 13.6 cm méretű, és DSLM technológiával 3 óra alatt 45D-ben nyomtatták. A kész alkatrész állítólag körülbelül 40%-kal könnyebb, mint a megmunkált alumínium alternatíva. 2022-ben a Wstitanium titán kipufogócsövet tervezett az angol Oxford Brookes diákcsapat Forma-50-es autójához, ezzel XNUMX%-os súlycsökkenést ért el.
A 3D nyomtatott titán szinte mindennapos a mai nagy teljesítményű kerékpárokban, ahol minden súly és nagy szilárdság kritikus. A könnyű, teljesen titánból készült váz, amely a versenyidőben döntő másodperceket vesz igénybe, és új dizájngeometriákat tesz lehetővé, 400 grammal könnyebb, mint az előző 7075-ös alumínium verzió. A titánt hajtókarok, fékkarok, szárak, váltótartók és még teljes keretek készítésére is használják, amelyek olyan erősnek bizonyulnak, mint az alumínium, és olyan könnyűek, mint a szénszál, anélkül, hogy szembenéznének a szénszálas fenntarthatósági kihívásokkal. A 3D nyomtatott titán lehetővé teszi a kerékpár testreszabását a versenyző igényei szerint, a váz pedig nem igényel festést vagy bevonatot.
A Wstitanium 3-ben növeli a titán 2024D nyomtatási erőfeszítéseit, és azt tervezi, hogy 3D nyomtatási technológiát használ titán kerékpárvázak és -alkatrészek gyártásához, több mint 2,000 darab éves kibocsátással. A titán alkatrészeket számos kerékpármodellhez fogják használni, hogy az ügyfeleknek nagyobb szilárdságú, könnyebb súlyú és tartósabb titán kerékpártermékeket biztosítsanak.
3D nyomtatás Titán alkatrészek tervezésének optimalizálása
A titán messze a legerősebb 3D nyomtatási anyag a Wstitaniumtól. Ezt akkor is észre fogja venni, amikor ehhez az anyaghoz 3D modelleket tervez. A keresett jobb titán 3D-nyomatok elkészítéséhez néhány egyszerű tippet érdemes szem előtt tartania:
Falvastagság: A „fal” minimális vastagsága akár 0.4 mm is lehet! A legtöbb anyag esetében ez az érték jellemzően 1-3 mm. A Wstitanium azt javasolja, hogy a titán alkatrészeknél a falvastagság legalább 1 mm legyen.
Részlet mérete: DMLS nyomtatóval nagyon finom részleteket nyomtathat ki. A modellfal és a részletfelület közötti távolság akár 0.25 mm is lehet!
Pontosság: A titán fém hőtágulása és összehúzódása miatt a 3D nyomatok valamivel nagyobbak vagy kisebbek lehetnek, mint az eredeti terv. A DMLS azonban messze a legpontosabb fém 3D nyomtatási eljárás. A titánötvözetek esetében a pontosság jellemzően 2%-nál jobb.
geometria: A derékszögek és az egyenes vonalak általában kevésbé vonzóak, mint az organikus vagy szabad formájú formák. A 35°-nál kisebb szögek általában rossz felületminőséget eredményeznek. A 35°-nál nagyobb meredek szögek finomabb, simább és jobban kinéző felületeket eredményeznek. A DMLS a legjobb megoldás háló alakú alkatrészek készítéséhez.
3D nyomtatott titán alkatrészek galéria
A Wstitanium 3D nyomtatott titán alkatrészeket gyárt különféle területekre, ideértve a kerékpárokat, a repülőgépeket, az orvostudományt és egyebeket. A titán (TiAl 6 V 4 ) egy nagyon erős, könnyű, korrózióálló fémanyag. A 3D nyomtatás azt jelenti, hogy a titánport lézerrel együtt nyomtatják annak szinterezésére, hogy olyan alkatrészeket hozzanak létre, amelyek olyan jók, mint a megmunkált modellek. A 3D nyomtatott titán (polírozatlan) nem úgy néz ki, mint a hagyományos fényes, mart titán. Ehelyett matt szürke felülettel rendelkezik, amely kissé durvább és kevésbé határozott, vagy enyhén fényvisszaverő szatén felülettel rendelkezik.
