Titanyum Alloy Tozlarının Etkili Rolleri

Titanyum alaşımları, özellikle Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI ve Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr, yüksek performanslı katkı üretiminde (AM) olağanüstü bir şekilde imal edilmiştir.Taç oranı, korozyon direnci ve biyokompatabiliteleri onları yapısal bileşenler için seçim malzemeleri, ortopedi implantlar, ısı değiştirici elemanları ve hafifleştirme. ancak, herhangi bir 3D baskılı titanyum kısmı başlangıç tozunun kalitesi ile başlar.

Katkıda bulunan üretim, seri üretime yönelik olarak, tutarlı, yüksek performanslı titanyum alaşım tozların talep edilmesi gerekli olan temel üretim rotalarının kapsamlı bir teknik bakışını bugün mevcut olan temel ilkeleri, avantajları, sınırlamaları ve farklı AM platformları için uygunluğunu incelemekte.

3D Printing'te Titanyum Alloy Toz için Anahtar Gereksinimler

Belirli üretim yöntemlerini değerlendirmeden önce, katkı üretimi için uygun bir toz yemistock yapan şeyi anlamak önemlidir. Aşağıdaki özellikler evrensel olarak kritiktir:

  • [FONT:0]Sphericity and morphology[DÜT:1): S global parçacıklar daha iyi akış kabiliyeti, daha yüksek paketleme yoğunluğu ve daha fazla üniformalı toz toz toz-bed füzyon sistemleri ile yayılıyor. Irregular partikülleri bridging ve tutarsız tabaka depozisyona neden olur.
  • [FONT:0)Particle büyüklüğü dağılımı (PSD)): Lazer toz yatak füzyon (LPBF), tipik PSD 15-45 ve #181;m (fine) veya 45-75 & #181;m (EBM) için elektron erimesi (EBM), 45-106 & #181 gibi koarser dağıtımları yaygındır;
  • [FONT:0)Chemical saflık ve oksijen içeriği[Dönetici: Titanyum yüksek sıcaklıklarda yüksek reaktifdir. Oksijen seçicileme ve yorgunluk yaşamı için kullanılabilir oksijen seviyelerini kabul edilebilir.Uzmanlık-grad tozları için% 0.13 altında% Ti-6Al-4V. Nitrogen ve hidrojen sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir.
  • [FONT=0)Aksilik[Dönetici: Hall akışı veya Hausner oranı tarafından ölçüldü, iyi akışlanabilirlik, 35°'ün altındaki repose değerlerin bir göstergesidir.
  • [0]Ap ebeveyn ve musluk yoğunluğu): Yüksek eşitsizlikler, baskı ve arka plandaki refleksiyonu azaltır.
  • [FONT:0)Recyclability[Dönetici: Toz yatak süreçleri, kullanılmamış toz, mülklerini birden çok inşa döngüsü ile koruyan tozlar, atık ve maliyet azaltır.

Atomizasyon Süreçleri: Dominant Production Rota

3D baskıda kullanılan titanyum alaşımlarının büyük çoğunluğu için atomizasyon hesapları basit: konteyner duvarlarına girmeden önce betonarme hacminin yüksek bir düşüşe yol açıyor. Atomizasyon ortamı ve geometrinin seçimi, ortaya çıkan parçacık özelliklerini belirler.

Gaz Atomizasyon

Gaz atomizasyon (GA) titanyum alaşım tozları üretmek için en kurulmuş ve yaygın olarak kullanılan yöntemdir. Tipik bir gaz atomizasyon sistemi, yüksek hacimli bar veya tel yemi, atomizasyon kulesinden geçerken sıvıyı kırılır.

[FONT:0)Key avantajları mükemmel sphericity, yüksek akış kabiliyeti ve PSD üzerinde sıkı kontrol. Modern gaz atomizerleri, kritik 15-45 & #181'de% 80'e kadar verim üretebilir; düşük uydu formlu Helium, daha pahalıya sahipken, iki küçük toplu üretim ve büyük ölçekli tonaj için de uygun şekilde daha hızlı soğutma oranları ve iyi şarj sağlar.

Ancak, gaz atomizasyonu sınırlamaları vardır. Bir kriminal kondüksiyonu, seramik dahil edilmelerden potansiyel bir kirlenmeyi getirir.Bunu ele almak için birçok üretici, gaz atomizasyonunu (EIGA) boşanmış bir titanyum alaşımının bir akış olmadan erimesi ile erimesi gerekir.

Aperam [DÜT:0)Aperam [DÜT:1) ve [[Dönetici:2)Carpenter Teknolojisi) Gaz atomize Ti-6Al-4V tozları ASTM F2924 ve AMS 4998 standartlarına sertifikalı.

Plazma Atomizasyon

Plazma atomizasyon (PA) titanyum alaşımını artırmak için yüksek sıcaklık plazması yayını kullanır, 10.000 K'in üzerindeki sıcaklıklara ulaşır. Bu yöntem, plazma gazının kendisi veya ayrı gazlarla atomize edilir. Bu yöntem özellikle de reaktif metaller için etkilidir, çünkü plazma atmosferi çok düşük oksijen ortamına kontrol edilebilir.

plazma atomizasyonun birincil yararı,% 0'ın altında oksijen seviyelerinin % 0'ı ve minimum uydularla görüntülenmesini sağlamaktır. Süreç aynı zamanda çok iyi parçacıkların üretimine de izin verir ( 5 µm) aşırı agglomerasyon olmadan.

Düşük tarafta, plazma atomizasyon, yüksek miktardaki beton atomizasyon gibi yüksek miktardaki yüksek miktardaki yüksek enerji tüketimi, mal-düşük tozları için maliyetle kanıtlanabilir.[Döneticileri için özel olarak rezerve edilmiştir).

Su Atomizasyonu

Su atomizasyon (WA) yüksek basınçlı su jetleri tarafından parçalanmış olan daha düşük maliyetli bir alternatiftir. Hızlı giderim yüksek yüzey oksijen içeriği ile düzensiz, agular partikülleri üretir. yöntem ekonomik ve yüksek üretim oranları elde edebilirken, sonuç olarak toz sallanabilir füzyon süreçleri genellikle iyi akışa ihtiyaç duyan bir işlemdir.

Su-atomize titanyum tozları, binder jetting ve soğuk sprey uygulamaları ile sınırlı kullanım bulur, parçacık şeklinin daha az kritik olduğu yerde, düzensiz morfoloji zayıf yeniden şekillendirmeye ve tutarsız erimeye yol açar. Ancak, mekanik spheroidizasyon veya termal plazma spheroidizasyon yoluyla işlem yapmak, ek maliyetle birlikte.

Frekans ve Uzaylı Atomizasyon

Elektrode prosesi (REP) ve plazma dönen elektrot işlemi (PREP) sental atomizasyon varyantlarıdır. PREP'de, bir titanyum alaşımı yüksek hızda (10.000-30,000 rpm) ve plazma yayını erimiş bir plazma kuvveti ejects molten damlacıklar çok yüksek miktarda toz haline getirir.

PREP tozları, özellikle de elektron kirişinin erimesi için oldukça kabul edilir (EBM). Parçacık büyüklüğü dağıtım, rearser (tipik aralığı 45-150 µm), EBM gereksinimleri ile iyi uyum sağlar. ana dezavantajlar, [[DBMT:0)Retih) retih) reaktif metaller için optimize edilmiş durumda.

Mekanik ve Kimyasal Üretim Rotaları

Atomizasyon hükmetse de, belirli toz özellikleri için alternatif yöntemler kullanılır veya maliyet azaltımı önemlidir.

Hydride-Dehydride (HDH) Süreci

HDH işlemi, istenen parçacık büyüklüğü aralığı elde etmek için titanyum alaşım kazısı veya bakire sünger ile başlar, yüksek sıcaklıklarda vakum altında ısınır, yüksek saflıkta betonlanmış malzemeler ezilir, değirmenli ve istenen parçacık büyüklüğü aralığı elde etmek için sievedilir.

HDH tozları atomize tozlardan önemli ölçüde daha ucuzdur ve metal enjeksiyon kalıplama (MIM), termal sprey ve soğuk spreyler için, düzensiz morfoloji kullanımının binlerce jet ve soğuk spreyi kısıtlar. değirmen teknolojisindeki son gelişmeler gelişmiş sphericity, ancak HDH tozlarının arkasındaki atomize meslektaşların arkasında hala yüksek olabilir.

Mekanik / Mekanik Alaşımlama

Yüksek enerjili top değirmenlerinde titanyum alaşım çiplerinin veya granüllerin mekanik üretimi kontrol edilen kompozisyonla iyi tozlar üretmektedir. Bu yöntem, özellikle de diğer elementlerin küçük eklemeleri veya karışımları üretmek için yararlıdır. Ancak, süreç yavaş, enerji yoğun ve kurutma makinesinden önemli bir kirlenme sağlar. 3D baskı için, mekanik olarak değirmenli tozlar nadiren zayıf ve yüksek kusur yoğunluğu nedeniyle kullanılır.

Kimyasal Azaltı Yöntemleri

Çeşitli kimyasal rotalar, düşük maliyetli bir toz üretebilmek için geliştirilmektedir.Ücretsiz süreç) molten kalsiyumun doğrudan düşük oksitli metalin üretimini azaltır.Dörtfendüşükümlü bir miktar toz gibi.[Dördüşün:2).

Bu kimyasal yöntemler hala geliştirilmekte veya sınırlı ticarileşmededir. Potansiyelleri, enerji tüketimi ve oksijen seçiciliğini azaltmaktadır. Kimya olgunları olarak, özellikle otomotiv ve tüketici elektroniklerinde büyük hacimli uygulamalar için maliyet avantajları sunabilirler.

Post-Processing and Quality Güvence

Üretim yöntemine bakılmaksızın, ham toz, katkı üretim standartlarını karşılamak için birkaç post-işlemli adıma sahip olmalıdır.

Sieving ve Sınıflandırma

Atomizasyon veya değirmenden sonra, tozlar vibrasyon veya hava-jet ekranlarından hedef parçacığın boyut dağılımı elde etmek için alınır. Çoklu sieving aşamaları yaygındır: yüksek büyüklükteki parçacıkları kaldırmak için ve başka bir şey iyi uygulamalar için, lazer diffraction analizi için (ISO 13320) PSD'yi doğrulamak için kullanılır.

Ölmek

Bazen, farklı kümelerden gelen tozlar tutarlı kimya veya PSD elde etmek için karıştırılır. Strict izability ve dokümantasyon sertifikayı korumak için gereklidir.

Akışkanlık ve Yoğun Test

ASTM B213 (Hall flowmeter) ve ASTM B212 (apbe yoğunluğu) rutin olarak yapılır. For Dusts intended for Dust-bed AM, Carney akışmeter (ASTM B964), iyi kesilebilirlik ve yeşil güç için daha tutarlı sonuçlar sağlar.

Kimyasal Analiz

Oksijen, azot, hidrojen ve karbon seviyeleri, inert gaz füzyon (LECO) tarafından belirlenir. Metalik boşluklar indüktif olarak çiftleştirilmiş plazma (ICP-OES) ASTM F2924 veya ASTM F3001 ile uyum tıbbi-grad tozları için zorunludur.

Toz Reuse ve Aging

Lazer veya elektron erimesi sırasında, toz deneyimleri termal bisiklet ve oksijen almak ve kondensasyon oluşturmak olabilir. Her bir yapı bir parça agglomerates ve spatter kaldırıldıktan sonra, ancak birden fazla yeniden kullanımdan sonra, toz, belirli bir ekipman üreticilerinin (zenfe) belirli sayıda inşaata tekrar limitlerini doğrulamak için kaliteli kapıları uygulamalıdır.

Uygulamanız için Doğru Yöntemi Seçin

İdeal üretim yöntemi, son kullanım gereksinimleri, AM teknolojisi ve bütçe tarafından belirlenir.

Havacılık Uygulamaları

Türbin bıçakları, paralar ve iniş dişli bileşenleri gibi kritik yapısal parçalar için, en yüksek temizlik seviyeleri, sphericity ve tutarlı PSD, Gaz atomizasyon (özellikle EIGA) ve plazma atomizasyon tercih edilir. Bu tozlar katı AMS özellikleriyle uyumludur ve hem de LPBF ve EBM oksijen içeriğinin% 0.13 altında olması gerekir.

Tıbbi İmplantlar

Klinik kullanım talepleri ultra düşük kontrasepamine ve mükemmel biyokompatabiliteleri gerektirir. Ti-6Al-4V ELI (daha düşük geçici)% 0.13'ün altındaki oksijenle tozlar standarttır. Plazma-atom veya PREP tozları genellikle yüksek temiz ve küresel morfoloji için seçilir.

Otomotiv ve Tüketici Goods

Maliyet, otomotiv AM'de büyük bir sürücüdür. Gaz-atomize tozlar hala yaygındır, HDH tozlarında, akanlık ve maliyet dengelemek için küresel toz ile karıştırılmıştır. Binder jetting ve soğuk spreyler düzensiz partiküllere tahammül edebilir, HDH ve su-atomize toz alternatifleri yapabilir.

Özelleştirilmiş Alaşımlar ve R&D

Yeni alaşım geliştirme, mekanik değirmen veya kimyasal azaltım kompozisyonda esneklik sunar. Deney yöntemlerinden küçük toplular genellikle atomizasyona ölçeklendirmeden önce malzeme testleri için kullanılır.

Trendler ve Gelecek Yollar

Titanyum toz üretim alanı, AM kabul edilmeye yanıt olarak hızla gelişmektedir. Anahtar eğilimleri şunları içerir:

  • [FONT:0]Scale-up of gaz atomizasyon): Çok-ton kapasiteye sahip yeni tesisler, havacılık ve tıbbi OEMler için tedarik zincirleri sağlamak için inşa edilmiştir.
  • [FONT:0]Ortak geri dönüşümden önceki düşüşten vazgeçirmiş [DDDDDDD: 1): Sürekli geri dönüş ve yemlemeye başarısız oldu.
  • [FONT:0)Alternatif maküla kaynakları[Dönetici: İndüksiyon kafatası erimesi (kücsüz) daha fazla kirlenmeyi azaltmak için inert gaz atomizasyon ile eşleştirilir.
  • [FONT:0)In-line process monitoring[[[Dönemli)[[[Dönemli))[[[Dönemli)))[[[[değiştir | kaynağı değiştir]: Gerçek zamanlı parçacık büyüklüğü analizi ve kimya sensörleri, yüksek kaliteli kontrol için atomizasyon hatlarına entegre edilir.
  • [FONT:0) Uydu azaltımı[[[Dönetici: Un Design ve gaz dinamikleri, daha büyük partiküllere bağlı küçük uyduların oluşumunu azaltır.
  • [FONT:0)Sustainability): Toz yeniden optimizasyon ve daha düşük enerji kimyasal rotaları net-zero hedefleri ile uyumlu.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

3D baskı için titanyum alaşım tozu üretimi, yöntemin seçiminin doğrudan parça kalitesini ve üretim maliyetlerini etkiler. Gaz atomizasyon, beton üretimi, akış kabiliyeti ve tutarlılığı sağlamak için, mevcut tozların miktarını genişletmeye devam eder ve PREP, daha az kritik AM teknolojileri için daha geniş bir şekilde kabul edilebilir alternatifler sağlar.