התפקיד הקריטי של אבקת טיטניום Alloy בייצור אדריטיבית

⁇ טיטניום, במיוחד Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, ו- Ti-5AlMo-5V-3Cr, הפכו הכרחיים בייצור תוספים ביצועים גבוהים (AM) יחס כוח יוצא דופן שלהם למשקל, עמידות קורוזיה, ו- biocompatification הופכת אותם לחומרים של בחירה עבור רכיבי אווירור, אותודוקסיולוגיה, אלמנטים חלופיים, כלי רכב קלים, עם גודל מכני של טוהר ואפקטים, החל ממתכת, עם גודל מכני של חומר טוהר, החל מגובה של חומר טוהר ואפקטים ואפקטים ואפקטים של 3D עם טוהר, החל ממתכת, החל משקף, החל מחוזקה.

כמו ייצור תוספת נע מ prototyping לייצור סדרתי, הביקוש של אבקת ⁇ טיטניום עקבית ביצועים גבוהים יש מוגברת. מאמר זה מספק סקירה טכנית מקיפה של נתיבי הייצור העיקריים זמין כיום, בחינת עקרונות היסוד שלהם, יתרונות, מגבלות, והתאמה לפלטפורמות AM שונות.

דרישות עיקריות עבור אבקת טיטניום Alloy ב 3D הדפסה

לפני הערכת שיטות ייצור ספציפיות, חיוני להבין מה הופך את אבקת מזון מתאים לייצור תוספים.המאפיינים הבאים הם קריטיים אוניברסליים:

  • (FLT:0)ספיריות ומופיולוגיה (MomoologyFLT:1): חלקיקים מפופריים מספקים יכולת זרימה טובה יותר, צפיפות אריזה גבוהה יותר, ועוד אבקה אחידה מתפשטת במערכות היתוך של אבקה.
  • (FLT:0)Particle התפלגות גודל (PSD)Figal1: עבור אבקת לייזר אבקת היתוך (LPBF), טווחי PSD טיפוסיים בין 15-45 ו-#181;m (fine) או 45-75 ו- #181;m (coarse) עבור אלקטרון היתוך (EM), התפלגות קוארר כמו 45-106 ו-#1; הם נפוצים תהליך הפרדה.
  • (FLT:0Chemical טוהר ותוכן חמצן: טיטניום הוא תגובתי מאוד בטמפרטורות גבוהות. .חמצן איסוף רמות דוקטריות ועייפות החיים. רמות חמצן מקובלות עבור אבקות ברמה אווירית הם בדרך כלל מתחת 0.13% עבור Ti-6Al-4V. Nitrogen ו מימן חייבים גם להיות נשלטים בקפידה.
  • (ב) ,0) יחס ה-FlowabilityFLT:1: נמדד על ידי הול זורםמטר או יחס האוזנר, זרימה טובה מבטיחה התחדשות עקבית והזנה.
  • (ב) ויקרא י"א: "ה', ו'"ה' (ב"ב)" (ב"ב)" (ב"ב)
  • (ב) בתהליכים של אבקה, אבקה לא בשימוש היא אחההה ושימוש מחדש.אבקות ששומרות על תכונותיהן באמצעות מחזורי בנייה מרובים מפחיתות את הפסולת והעלות.

תהליכי אטומיזציה: כביש הייצור הדומינינטי

Atomization חשבונות עבור הרוב המכריע של אבקת ⁇ טיטניום בשימוש הדפסה 3D. העיקרון הוא פשוט: זרם מלוטש של ⁇ טיטניום נשבר לתוך טיפות קנס כי מוצק לפני מגע קירות מיכל.הבחירה של מדיום גיאומטריה קובע את המאפיינים של חלקיקים וכתוצאה מכך.

גז אטום

אטום גז (GA) הוא השיטה שהוקמה ביותר בשימוש נרחב לייצור אבקת ⁇ טיטניום. במערכת זיהום גז טיפוסית אינרציה, בר טיהור גבוה או טפט נמס ב crucible או על ידי חימום אינדוקציה.הזרם מלוטש יוצא מטבולית והוא מיד פגע על ידי מטוסים גבוהים של אגון או heum.

(FLT:0Key יתרונות ההרחבה של FLT:1) כוללים מהירויות מצוינות, זרימה גבוהה, ושליטה הדוקה על pSD. גז מודרני אטום יכול לייצר תשואות של עד 80% קריטי 15-45 & #181; טווח, עם היווצרות לוויין נמוך. Helium, בעוד יקר יותר מאשר argon, מספק קצב קירור מהיר יותר חלקיקים בסדר.

עם זאת, דלקת גז יש מגבלות.שימוש של מציג פוטנציאל זיהום מן הכללות קרמיקה.כדי לטפל בזה, יצרנים רבים משתמשים אלקטרודה אינדוקציה גז ניכוי (EIGA), שבו מוטה סגסוגת טיטניום רוטט מסתובב מומס על ידי ניכוי ללא גולגולת.המס הוא זרם והוא אטום על ידי גז, חיסול מחדש מתכת איסוף.

הספקים המובילים כגון:0 (AperamFLT:1 ו-FLT:2Carpenter TechnologyFLT 3: 3) מציעים אבקת Ti-6Al-4V שאושרו ל ASTM F2924 ו- AMS4998 סטנדרטים.

אטומיזציה פלאסמה

אטום פלזמה (PA) משתמש קשת פלזמה עתירה גבוהה כדי להמיס את ⁇ טיטניום, השגת טמפרטורות העולה על 10,000 K.המס הוא אז אטום על ידי גז פלזמה עצמו או על ידי מטוסי גז נפרדים. שיטה זו יעילה במיוחד עבור מתכות תגובתיות כי את האווירה פלזמה ניתן לשלוט על הסביבה חמצן נמוך מאוד.

היתרון העיקרי של איטום פלזמה הוא FLT:0ultra-גבוה טוהר טוהר גבוה 1 ו-FLT:2 Superior sphericity (FLT 3: 3 אבקות המיוצרות על ידי שיטה זו לעתים קרובות יש רמות חמצן מתחת 0.08 wt% ולהציג כמעט spherical מורology מושלמת עם לוויינים מינימליים.

(ב) בירידה, איטום פלזמה הוא הון-רגישות ויש לו פחות מפלט מאשר זיהום גז.צריכת האנרגיה הגבוהה הופכת אותו לחסכונית עבור אבקות ברמה של סחורות.זה בדרך כלל שמור עבור יישומים פרימיום כגון שתלים רפואיים או רכיבי אוויר הדורשים את הרמה הגבוהה ביותר של חברות נקיות כמו FLT:0PESAsimetalFLT, 1 ו-Fenters: 3.

אטום מים

אטום מים (WA) הוא אלטרנטיבה בעלות נמוכה יותר שבו זרם טיטניום מלוטש מתפורר על ידי מטוסי מים בלחץ גבוה.הקכי המהיר מייצר חלקיקים לא סדירים, זוויתיים עם תוכן חמצן גבוה. בעוד השיטה היא כלכלית ויכולה להשיג שיעורי ייצור גבוהים, האבקה המתקבלת היא בדרך כלל לא מתאימה לתהליכי היתוך אבקה הדורשים יכולת טובה.

אבקת טיטניום אטומית מים למצוא שימוש מוגבל ביישומים מחוספס קר ופורס קר, שבו צורה חלקיקים היא פחות קריטית. עבור AM מבוסס לייזר, מורפיום לא סדיר מוביל להמיסה מרתיעה ולא עקבית.עם זאת, לאחר עיבוד באמצעות spheroidization מכני או פלזמה תרמית פלזמה יכול לשפר את הסבב, למרות עלות הוסיף.

Centrifugal ו-Breaking Electrode Atomization

תהליך רוטציה אלקטרודה (REP) ופלזמה מסתובב תהליך אלקטרודה (PREP) הם גרסאות אינפליזציה סנטיפוגה.ב- PREP, מוטה ⁇ טיטניום מסתובב במהירות גבוהה (10,000-30,000 rpm) בעוד קשת פלזמה ממיסת את קצהו. Centrifugal Force ejects mtenol טיפות מלוטשות מאוד sical מאוד של מחסור חלקיקים.

אבקת PreP נחשבת מאוד לדרוש יישומי אווירוקל, במיוחד עבור אלקטרון קרן התכה (EBM) התפלגות גודל החלקיקים נוטה להיות קואררייזר (טווח זמני 45–150 & #181;m), אשר מתאים היטב לדרישות EBM.ההההההה העיקרית מוגבלת באמצעות ערכת ציוד גבוה.

כבישי ייצור מכניים וכימיקליים

בעוד אטום שולט, שיטות חלופיות משמשות עבור מאפיינים ספציפיים אבקה או כאשר ירידה בעלויות היא רבת ערך.

Hydride-Dehydride (HDH)

תהליך HDH מתחיל עם סגסוגת טיטניום או ספוג בתולה מחומם באווירה מימן כדי ליצור hydrtanium hydride.חומר מוכויד הוא מרסק, מרוקד, ו- אחב כדי להשיג את טווח הגודל הרצוי.האבקה וכתוצאה מכך הוא dehydrogenated תחת ואקום בטמפרטורות גבוהות, לייצר חלקיקים לא סדירים, זוויתיים של טוהר גבוה.

אבקת HDH זולים משמעותית מאשר אבקות אטום ומשמשים בתבנית הזרקת מתכת (MIM), תרסיס תרמי ורסס קר. עבור הדפסה תלת-ממדית, מורפיולוגיות לא סדירות מגבילות את השימוש שלהם כדי לקשור מטוסים ורסס קר. ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית מנקה שיפרה את הספיריקניות, אבל אבקת HDH עדיין מתמוססת מאחורי מקבילות חמצן.

מכונות מילימטר / מכני Alloying

מילימטר מכני של שבבי ⁇ טיטניום או גרנולים במילימטרים של כדור באנרגיה גבוהה מייצר אבקות דק עם הרכב מבוקר. שיטה זו היא מועילה במיוחד לייצור סגסוגת מותאם אישית או שילוב תוספות קטנות של אלמנטים אחרים. עם זאת, התהליך הוא איטי, אנרגיה אינטנסיבית, ומציג זיהום משמעותי מן המדיה והאטמוספירה.

שיטות הפחתה כימית

(ב) מגוון של מסלולים כימיים מפותחים לייצר אבקות טיטניום בסדר גודל נמוך יותר.ה-FLT:0Armחזקות תהליך FLT:1 (ITT) מפחיתה את טטטרכלוריד טיטניום עם נתרן מלוטין בכור מתמשך, ומייצרת אבקה דמוית ספוג שניתן לטבול חלקיקים בלתי סדירים.

שיטות כימיות אלה עדיין בפיתוח או מזהמים מוגבלים. הפוטנציאל שלהם הוא לעקוף את הצעד ההיתוך, אשר מפחית צריכת אנרגיה ו איסוף חמצן. כמו הכימיה הבוגר, הם יכולים להציע יתרונות עלות עבור יישומים גדולים, במיוחד בתחום הרכב ואלקטרוניקה צרכנית.

אחריות וביטוח איכות

ללא קשר לשיטת הייצור, אבקת הגלם חייבת לעבור כמה שלבים לאחר עיבוד כדי לעמוד בסטנדרטים של ייצור תוספים.

סיבינג ו Classification

לאחר איטום או מנקה, אבקות נשמרות באמצעות מסך רטט או אוויר-ג'ט כדי להשיג את התפלגות גודל היעד חלקיקים.שלבים מרובים אחה הם נפוצים: אחד כדי להסיר חלקיקים גדולים יותר ולאחר כדי להסיר קנסות. עבור יישומים קריטיים, ניתוח דיפרציה לייזר (ISO 13320) משמש כדי לאמת PSD.

« לנדלינג

מדי פעם, אבקות מקבוצות שונות מתמזגות כדי להשיג כימיה עקבית או PSD. Strict מעקב ותיעוד נדרשים לשמור על הסמכה.

אפשרויות ל- Density Testing

בדיקות סטנדרטיות עבור ASTM B213 (Hall Flowmeter) ו ASTM B212 (דחיסות הורות) מבוצעות באופן שגרתי.עבור אבקות המיועדות לאבקות-bedd AM, ה- Carney Flowmeter (ASTM B964) מספק תוצאות עקביות יותר עבור שבריריות בסדרות. קומפרסטי וחוזק ירוק נמדדים גם עבור אספקת מוצרי נזילות סילון.

ניתוח כימי

חמצן, חנקן, מימן ופחמן רמות נקבעות על ידי היתוך גז אינרטי (LECO) מטלליק ניתחו על ידי פלזמה ממוזגת באופן בלתי נמנע (ICP-OES). Compliance with ASTM F2924 או ASTM F3001 הוא חובה עבור אבקות כיתה רפואית.

אבקת Reuse ו Aging

במהלך לייזר או אלקטרונים נמס, האבקה חווה רכיבה תרמית ועשויה לאסוף חמצן ו condensate. Sieving לאחר כל בניין מסירים אגולומרטטים וספאטר, אבל לאחר מחזורי שימוש מרובים, אבקת עשוי לפענוח. מעבדים חייבים ליישם שערי איכות כדי לאמת את האבקה בתוך מפרט.

בחירת השיטה הנכונה ליישום שלך

שיטת הייצור האידיאלית נקבעת על ידי דרישות השימוש הסופי, טכנולוגיית AM ותקציב.

יישומים אוויריים

עבור חלקים מבניים קריטיים כגון להבים טורבינות, חזיונות ורכיבי ציוד נחיתה, הרמות הגבוהות ביותר של ניקיון, קשקשים, ו- PSD עקביים אינם ניתנים להשגה.גז אטום (במיוחד EIGA) ואסטומה אטמומיזציה פלזמה הם העדיפו.אבקות אלה לעמוד במפרט AMS קפדני והם תואמים גם את LP ו- EBM חמצן.

שתלים רפואיים

שימוש קליני דורש אבקת אולטרה-נמוך וזמינות מעולה. Ti-6Alt-4V ELI (extra low interstitial) עם חמצן מתחת 0.13 wt% הם סטנדרטיים. אבקת פלאסמה-אטומית או PREP נבחרים לעתים קרובות עבור הניקיון העליון שלהם וספירולוגיה.

מכוניות ומוצרים צרכניים

עלויות הוא נהג מרכזי ב- Auto AM. בעוד אבקות גז-אטומי עדיין נפוצים, יש עלייה באבקות HDH מעורבב עם חלק של אבקה spherical spherical squareability ועלויות. Binder סילון ורסס קר יכול לסבול חלקיקים לא סדירים, מה שהופך HDH ואבקות atomized מים חלופות קיימא.

Alloys and R&

עבור פיתוח סגסוגת חדשנית, מילימטר מכני או הפחתה כימית מציע גמישות בהרכב. אצילות קטנות משיטות ניסיוניות משמשים לעתים קרובות לבדיקה חומרית לפני הפחתת אטום.

מגמות וכיוונים עתידיים

הנוף ייצור אבקה טיטניום מתפתח במהירות בתגובה לאימוץ AM. מגמות מפתח כוללות:

  • (FLT:0)Scale-up של גז אטוםFLT:1; מתקנים חדשים עם יכולת רב-טון בנויים לאבטחת שרשרת אספקה עבור אווירוקל ומוצרים רפואיים.
  • (ב) הפחתה של ההרחבה לפני כל ההחזרות של מחסנים: 1: מחזור סגור של swarf ונכשל בהזנת מזון הופך להיות בעל יכולת כלכלית.
  • (ב) ⁇ :0) מקורות ההיתוך של פיתוי 1: גולגולת אינדוקציה (לא אכילה) נצמדת עם איטום גז אינרטי כדי להפחית את הזיהום עוד.
  • (FLT:0) ניטור תהליך מקוון ניטור FLT:1: ניתוח גודל חלקיקים בזמן אמת וחיישנים כימיה משולבים לתוך קווי אטום עבור בקרת איכות הדוקה יותר.
  • (ב) הפחתה של לווייניים מקודמת 1: התקדמות בעיצוב נוזל ודינמיקה גז להפחית את היווצרותן של לווינים קטנים המחוברים לחלקיקים גדולים יותר.
  • (ב) ,0) ,SustainabilityFLT:1: אבקת reuse אופטימיזציה ונתיבים כימיים באנרגיה נמוכה יותר תואמים עם מטרות אפס נטו.

מסקנה

ייצור אבקת טיטניום עבור הדפסה תלת-ממדית הוא שדה מתוחכם שבו הבחירה של שיטה משפיעה ישירות על עלויות איכות ייצור.גז אטום נשאר עבודת הכפלה, מתן ההיקף, זרימת הדם, ועקביות כי תהליכים אבקת שומן ביקוש.פלסמה אטום ו- PREP מציעים טוהר גבוה עבור יישומים מחמירים ביותר, בעוד מים ו HDH מספקים חלופות יעילות עבור טכנולוגיות פחות מתקדמות, כמו גם ייצור כימי.