3D-utskrift titantjenester

3D-utskriftsløsninger levert av Wstitanium inkluderer: DMLS, EBM. Produser fullt funksjonelle titanprototyper og tilpassede titandeler på 7 dager eller mindre for sluttdeler for sluttbruk.

3D-utskriftstjenester for titandeler

Titan er et vanskelig metall å bearbeide, spesielt når det gjelder CNC-bearbeiding. For det første har titan lav varmeledningsevne. Dette betyr at når en CNC-maskin for eksempel utfører fresing, lagres varmen som genereres i verktøyet. Dette kan føre til at verktøyet slites raskt. I tillegg, siden maskinering innebærer kutting og fjerning av materiale, kan prosessen resultere i mye materialavfall. Som et resultat leter mange selskaper etter bedre alternative løsninger for å produsere titandeler. Metall 3D-printing av titan viser seg å være et levedyktig alternativ. Den mest brukte titankvaliteten er legeringen Ti6Al4V (Ti64). I tillegg til Ti64 kan rent titan også brukes til 3D-printing.

Wstitanium 3D-utskriftsverksted

Fordeler med 3D-utskrift av titan

3D-trykt titan kan produseres økonomisk i små og mellomstore partier. Det er et mer kostnadseffektivt alternativ sammenlignet med metoder som CNC-fresing, dreiing eller støping, da kostnaden ikke avhenger av kompleksiteten til delen. Alt som trengs for å lykkes med å produsere titanprodukter er en 3D-printer og metallpulver, i stedet for å stole på dyre verktøy eller komplekse spesialiserte løsninger.

Redusert avfall av materiale

Sammenlignet med tradisjonelle subtraktive produksjonsprosesser, som CNC-maskinering, er 3D-printing en additiv produksjonsteknologi som ikke genererer mye materialavfall. Under produksjonsprosessen kan det gjenværende titanpulveret brukes til neste trykk. I tillegg kan 3D-utskrift av titan produsere deler svært nær den endelige ønskede formen, noe som reduserer behovet for omfattende etterbehandling og reduserer avfall ytterligere.

Designoptimalisering

3D-printing er i stand til å lage deler med komplekse, lette strukturer som er vanskelige eller umulige å produsere med tradisjonelle metoder. Dette betyr å bruke mindre materiale og samtidig opprettholde styrke og funksjonalitet. En av måtene ingeniører oppnår designoptimalisering på er gjennom topologioptimalisering i CAD-programvare, som konsoliderer flere deler til én enkelt trykt del, noe som kan redusere monteringstid, arbeidskostnader og potensielle feilpunkter.

Ingen verktøy eller installasjonskostnader

For enten støping eller CNC-bearbeiding av titandeler kreves tilpasset verktøy som støpeformer, inventar, etc.. 3D-utskrift eliminerer behovet for ekstra verktøy fordi delene skrives ut direkte fra den digitale filen. Endringer i deldesign kan implementeres raskt uten behov for nytt verktøy, noe som reduserer kostnadene forbundet med designmodifikasjoner.

Kortere ledetid

Wstitanium bruker en intern 3D-printer for metall, og levering av en enkelt del kan ta bare én dag, mens CNC-maskinering og støping kan ta lengre tid (som nevnt ovenfor krever de hjelp av verktøy eller inventar). 3D-utskriftstjenester har kortere produksjonstider, og du kan bestille deler på forespørsel uten behov for lagerreserver. Dette reduserer kapitalrisikoen betraktelig.

Tilpasning og fleksibilitet

3D-utskrift lar tilpassede deler lages uten å settes sammen igjen, noe som gjør det enklere og mer kostnadseffektivt å produsere små partier eller tilpassede produkter, noe som reduserer driftskostnadene ytterligere. For eksempel pasientspesifikke kirurgiske verktøy.

Energieffektivitet

3D-utskrift av titantjenester, som elektronstrålesmelting (EBM) eller selektiv lasersmelting (SLM), er mer energieffektive enn CNC-maskinering, spesielt når man vurderer det reduserte behovet for etterbehandling og materialgjenvinning.

Wstitanium In-house 3D-utskriftsteknologi

Siden 2019 har Wstitanium brukt mer enn 2 millioner dollar på å investere i 3D-utskriftsteknologier av metall, som DMLM, DMLS, LPBF og LMF. Blant dem er laserpulverbedfusjon (LPBF) den vanligste.

DMLS

Direct Metal Laser Sintering (DMLS) ligner på Laser Sintering Technology (SLS), men i stedet for å bruke polyamid, brukes fint titanpulver til å bygge modellen lag for lag. En tynn seng av titanpulver er lagt ned i 3D-printeren. Dette laget blir deretter sintret og størknet av en veldig kraftig laser og vil bli det nederste laget av delen. Laserstrålen beveger seg over en boks fylt med pulver. Etter hvert lag påføres et nytt lag med pulver. Prosessen gjentas deretter. Fjern delen din fra 3D-skriveren og rengjør alt løst, usintret pulver. I de fleste tilfeller vil det være støttestrukturer for 3D-utskrift laget av titan på og rundt din del. Disse støttene må fjernes manuelt med svært kraftige sirkelsager og andre verktøy. Når støttene er fjernet, kreves manuell polering for å fjerne spor av støttene. Etterbehandlingstrinn kan da være nødvendig, for eksempel polering av hele delen.

Elektronstrålesmelting

EBM (Electron Beam Melting) refererer til at elektronstrålen påføres et lag med titanpulver, smelter det og smelter det sammen med det forrige laget. EBM bruker en høyenergielektronstråle under vakuum for å smelte titanpulver. Strålen skanner over et lag av titanpulver, smelter og størkner materialet lag for lag i henhold til en digital design. EBM regnes som mer presis enn DMLS og egner seg for å lage mindre, komplekse titandeler. EBM er spesielt effektiv til å kontrollere de reaktive egenskapene til titan fordi vakuummiljøet forhindrer oksidasjon, et vanlig problem når titan varmes opp i luft. Elektronstrålen kan også dynamisk justere fokus og kraft, noe som muliggjør presis kontroll av smelteprosessen, noe som er avgjørende for å opprettholde ytelsen og den strukturelle integriteten til titandeler.

EBM-prosessen, derimot, utføres under vakuum og ved høye temperaturer. Dette resulterer i minimal restspenning i 3D-printede deler, noe som også betyr at disse 3D-printede titandelene ikke krever etterfølgende varmebehandling.

Titanlegeringskvaliteter for 3D-utskrift

Den mest brukte titankvaliteten for 3D-utskrift er legeringen Ti6Al4V (Ti64). I tillegg til Ti64 kan rent titan også brukes til 3D-printing. Etter hvert som 3D-utskriftsteknologien utvikler seg, lager materialprodusenter en rekke titanpulvere som er egnet for 3D-utskrift. Disse metallpulverne er nøye utformet med ensartet partikkelstørrelse og form, noe som forbedrer fluiditeten og pakningstettheten på utskriftssjiktet. Denne forbedringen muliggjør jevnere og mer detaljert utskrift og forbedrer mekaniske egenskaper ved å redusere inneslutninger og porøsitet. Mest titan 3D-utskrift bruker titanlegeringer (metallmaterialer som inneholder legeringer av titan med andre elementer) i stedet for rent titan. Typen titanlegering som brukes avhenger av den spesifikke 3D-utskriftsapplikasjonen. Noen vanlige varianter er vist i tabellen nedenfor.

Alloy	Klasse	Tekniske beskrivelser	Applikasjoner
Ti-6Al-4V	5	Den vanligste og viktigste titanlegeringen for 3D-utskrift, med utmerket styrke-til-vekt, korrosjonsbestandighet og biokompatibilitet	Luftfartskomponenter, bilkomponenter, kirurgiske instrumenter, medisinske implantater
Ti-6Al-4V-ELI	23	Denne renere titanlegeringen har en "ekstra lav interstitial", noe som gjør den litt svakere enn grad 5, men bedre for biomedisinske applikasjoner	Kirurgiske instrumenter, medisinske implantater
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo		En nesten-alfa titanlegering med høy styrke og utmerket korrosjonsbestandighet	Luftfartskomponenter, luftfartskomponenter, marine komponenter
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr		En beta titanlegering med høy styrke og seighet som viser løfte i 3D-utskrift på grunn av dens dårlige bearbeidbarhet	Industrielle komponenter

Titanium grade 5 6Al-4V er den mest brukte titanlegeringen i additiv produksjon og er ideell for prototyper og funksjonelle deler i romfarts-, bil- og militærsektoren. Det er også et utmerket materiale for å produsere deler med komplekse geometrier og presisjon, samt produksjonsverktøy. Titanium grade 23 6Al-4V er en biokompatibel legering som ofte brukes i medisinske implantater og proteser. Beta 21S titanium har høyere styrke enn tradisjonelle titanlegeringer som Ti-6Al-4V, og har også bedre oksidasjons- og krypemotstand enn tradisjonelle titanlegeringer som Ti-15V-3Cr. Av alle titanlegeringer har titan av 21 kvalitet den laveste effektiviteten av hydrogenabsorpsjon. Den er ideell for ortopediske implantater og romfartsmotorapplikasjoner. Beta titan er mye brukt i tannkorreksjoner. Cp-Ti (rent titan) grad 1 og 2 er mye brukt i det medisinske feltet på grunn av deres biokompatibilitet med menneskekroppen. TA15 er en nesten-alfa titanlegering med aluminium og zirkonium tilsetningsstoffer. Deler laget av TA15 har høy spesifikk styrke, høy bæreevne og temperaturmotstand, slik at de kan brukes til tunge deler i fly- og motorproduksjon.

Overflatebehandling av 3D-trykte titandeler

Wstitanium tilbyr titankomponenter med spesialisert overflatefinish. Alternativer som styrke, rustmotstand og metallledningsevne kan legges til titandeler under etterbehandling. Overflatebehandlinger levert av Wstitaniums titan 3D-utskriftstjenester inkluderer shot peening, elektrokjemisk polering og CNC-maskinering, varmebehandling og mer.

sandblåsing

Sandblåsing kan fjerne defekter, groper, rust og andre forurensninger fra overflaten av deler. Sandblåsing brukes ofte for å klargjøre deler for belegg. Ulike sandblåsingsmetoder inkluderer mikrosandblåsing, børsteblåsing, perleblåsing osv. Sandblåsing bruker slipemidler som stålkorn, silisiumkarbid, pimpstein osv.

Shot Peening

Shot Peening kan øke styrken til en del og redusere spenningsfordelingen. Under shot peening-prosessen blir delen utsatt for flere skudd, som etterlater deformasjoner på overflaten av delen. Prosessen legger til et trykkspenningslag.

Optisk polering

Optisk polering er kostnadseffektivt og gir en lys overflateeffekt. Optisk polering skaper en mikrofinish eller superfinish på overflaten av delen som forberedelse til videre bearbeiding. Optiske poleringsprosesser er best egnet for prosjekter med lavt volum, ikke-toleranseavhengige geometrier.

Elektrokjemisk polering

Elektrokjemisk polering gir en speillignende finish på metalldeler og kan også brukes til å forberede en del for videre etterbehandling. I denne prosessen plasseres delen i en elektrolytisk løsning med en kobber- eller blykatode. En elektrisk strøm flyter gjennom løsningen og jevner ut overflaten av delen.

galvanisering

Galvanisering legger til et metalllag på utsiden av en del, noe som øker dens styrke og holdbarhet. Elektroplettering løser opp metallet i en elektrolytisk løsning og overfører det til overflaten av delen. Noen av de vanligste metallene som brukes i galvaniseringsprosessen er kobber og sink.

CNC etterbehandling/bearbeiding

CNC-maskinering gir slitestyrke, metallledningsevne, styrke, rustmotstand og mer. CNC etterbehandling kan forbedre utseendet til delen og forberede den for endelig belegg. Etterbehandling kan innebære pulverlakkering, sandblåsing, passivering og anodisering.

Varmebehandling

Varmebehandling forbedrer titans mekaniske egenskaper, som styrke og seighet. Dette er et kritisk trinn for deler som er utsatt for høye påkjenninger.

Titanium TiAl4V varmebehandlet	Verdi
Avkastningsstyrke Rp 0.2 %	950-1050 MPa
Ultimativ strekkstyrke Rm	1000-1150 MPa
Forlengelse ved pause	9-15%
Youngs Modulus	105-125GPa
Relativ tetthet	99.5%

Varm isostatisk pressing (HIP)

HIP eliminerer indre porøsitet i titandeler, noe som gjør dem tettere og sterkere. Under denne prosessen oppvarmes titanlegeringen til 1000⁰C i 60 minutter i en argonatmosfære og avkjøles deretter sakte.

Titanium TiAl4V HIP	Verdi
Avkastningsstyrke Rp 0.2 %	870-950 MPa
Ultimativ strekkstyrke Rm	950-1050 MPa
Forlengelse ved pause	13-16%
Youngs Modulus	105-125 GPA
Relativ tetthet	99.5%

Søknad om 3D-utskrift av titandeler

3D-trykte titandeler er et hovedfokus i produksjonsindustrien. Titanium 3D-utskrift har endret spillereglene på flere felt, med sikte på å gi lette og sterke produkter med innovative (ofte tilpassede deler) design. De viktigste bruksområdene for 3D-printede deler er: romfart, medisinsk, bil, sykkel/racing, kjemisk, marin, etc.

Medisinsk

Titans ikke-toksisitet, høye styrke og korrosjonsbestandighet gjør det til et attraktivt materiale for ortopediske og tannimplantater. Ettersom flere og flere medisinske produsenter tillater 3D-utskriftstjenester i sine produksjonsmuligheter, fortsetter antallet titanbaserte trykte kirurgiske implantater godkjent av US FDA å vokse. Kombinert med 3D-utskrift kan produsenter av medisinsk utstyr produsere implantater med komplekse porøse strukturer. Spesielt etterligner disse strukturene strukturen til menneskelige bein, så benceller gjenkjenner dem som stillaser for vekst. I den medisinske industrien har 3D-trykte titanimplantater vært vellykkede i ryggrad, hofte, kne og lemmer på grunn av titans iboende biokompatibilitet og gode mekaniske egenskaper. I tillegg vil evnen til å 3D-printe tilpassede porøse strukturer (og dermed oppnå beinintegrering) og massetilpasningsevner oppnå bedre terapeutiske effekter for pasienter.

I 2023 fikk Wstitaniums 3D-printede deler for håndledds- og ankelerstatninger for pasienter behandlet ved University Hospital of North Midlands i Storbritannia stor ros fra medisinske og pasienter.

Aerospace

Titaniums styrke-til-vekt-forhold muliggjør produksjon av komplekse komponenter som er lettere og mer holdbare enn de som er laget av tradisjonelle materialer, noe som gjør fly ikke bare mer drivstoffeffektive, men også i stand til å motstå de ekstreme påkjenningene ved flyging. I romfartsindustrien brukes noen titanbaserte 3D-trykte produserte deler for tiden i kommersielle og militære applikasjoner, og mange andre prototyper er i ferd med å få sertifisering fra Federal Aviation Administration. 3D-trykte titandeler er høyt ansett for deres lave "kjøp for å fly"-forhold, et romfartsbegrep som refererer til korrelasjonen mellom vekten av det opprinnelige materialet og vekten til den trykte delen. 3D-printede titandeler bidrar til å redusere vekten av høyt belastede strukturer, noe som gjør dem ideelle for jetmotorer, gassturbiner og mange flyskrogkomponenter.

For eksempel reduserte Liebherr vekten på braketten med 29 % og økte stivheten. Luftfartsleverandøren Liebherr-Aerospace & Transportation SAS vil begynne serieproduksjonen av 3D-printede neselandingsutstyrsbraketter i titan for Airbus A350 XWB i 2023. Disse brakettene vil være de første Airbus-delene som skal produseres ved bruk av 3D-trykt titan.

Biler

Bilindustrien har ikke vært like raske til å ta i bruk titan 3D-utskrift sammenlignet med fly- og medisinsk industri. Til tross for de samme fordelene, er forbrukerbilmarkedet svært kostnadsbevisst, noe som begrenser bruken av dette dyre materialet i de fleste kjøretøy. 3D-trykte titandeler letter utviklingen av spesialtilpassede høyytelsesbiler. Produsenter kan lage lette, men sterke titandeler som gir og braketter, noe som bidrar til å redusere totalvekten til kjøretøyet og forbedre ytelsen. Denne applikasjonen er avgjørende i elbilsektoren, hvor effektivitet og batterirekkevidde kan forbedres betydelig ved å redusere kjøretøyets vekt. For tiden er titan 3D-printede deler mye brukt i racing og luksusbiler, hvor vekt og ytelse er viktige faktorer.

I bilindustrien er et av de mest fremtredende eksemplene på titan 3D-utskrift bremsekaliperen utviklet av Bugatti for sin Bugatti Chiron superbil. Bremsekaliperen, en viktig del av bremsesystemet, måler 41 x 21 x 13.6 cm og ble 3D-printet på 45 timer ved hjelp av DSLM-teknologi. Den ferdige delen sies å være omtrent 40 % lettere enn det maskinerte aluminiumsalternativet. I 2022 designet Wstitanium et eksosrør i titan for Formel 50-bilen til Oxford Brookes studentteam i Storbritannia, og oppnådde en vektreduksjon på XNUMX %.

Sykkel

3D-trykt titan er nesten vanlig i dagens høyytelsessykler, der hver eneste unse vekt og høy styrke er kritisk. En lett ramme av titan, som står for avgjørende sekunder i løpstider og muliggjør nye designgeometrier, er 400 gram lettere enn den forrige 7075-versjonen av aluminium. Titan brukes også til å lage sveiver, bremsehendler, stammer, girhengere og til og med hele rammer, og viser seg å være like sterke som aluminium og like lette som karbonfiber uten å møte bærekraftsutfordringene til karbonfiber. 3D-trykt titan gjør det mulig å tilpasse sykkelen etter rytterens preferanser, og rammen krever ingen maling eller belegg.

Wstitanium vil øke sin titan 3D utskrift innsats i 2024, planlegger å bruke 3D print teknologi for å produsere titan sykkel rammer og komponenter, med en årlig produksjon på mer enn 2,000 stykker. Titankomponenter vil bli brukt på en rekke sykkelmodeller, med sikte på å gi kundene titansykkelprodukter med høyere styrke, lettere vekt og mer holdbarhet.

3D-utskrift designoptimalisering av titandeler

Titan er det desidert sterkeste 3D-utskriftsmaterialet fra Wstitanium. Du vil også legge merke til dette når du designer 3D-modeller for dette materialet. For å få de bedre titan 3D-utskriftene du leter etter, her er noen enkle tips du bør huske på:

Veggtykkelse: Minimumstykkelsen på "veggen" kan være så lav som 0.4 mm! For de fleste materialer er denne verdien typisk 1 til 3 mm. Wstitanium anbefaler å holde seg til en minimum veggtykkelse på minst 1 mm for titandeler.

Detaljstørrelse: Med en DMLS-skriver kan du skrive ut veldig fine detaljer. Avstanden mellom modellveggen og detaljoverflaten kan være så liten som 0.25 mm!

Precision: På grunn av termisk ekspansjon og sammentrekning av titanmetall, kan 3D-utskrifter være litt større eller mindre enn det originale designet. Imidlertid er DMLS den desidert mest dimensjonalt nøyaktige metall 3D-utskriftsprosessen. For titanlegeringer er nøyaktigheten vanligvis bedre enn 2 %.

Geometry: Rette vinkler og rette linjer har en tendens til å se mindre attraktive ut enn organiske eller frie former. Vinkler mindre enn 35° har en tendens til å resultere i dårlig overflatekvalitet. Bratte vinkler over 35° har en tendens til å gi finere, jevnere og bedre overflater. DMLS er det beste alternativet for å lage nettformede deler.

3D-trykt Titanium Parts Gallery

Wstitanium produserer 3D-trykte titandeler for en rekke felt, inkludert sykler, romfart, medisinsk og mer.Titan (TiAl 6 V 4 ) er et veldig sterkt, lett, korrosjonsbestandig metallmateriale. 3D-utskrift refererer til å skrive ut titanpulver sammen med en laser for å sintre det for å lage deler som er like gode som maskinerte modeller. 3D-trykt titan (upolert) ser ikke ut som tradisjonell skinnende frest titan. I stedet har den en matt grå finish som er litt røffere og mindre definert, eller en litt reflekterende sateng finish.