Домой / Технические замечания / Аддитивное производство
Передовое производство
Титан и алюминий в аддитивном производстве: выбор между ними
Современная промышленность нуждается в конструкционных материалах, которые были бы прочными, износостойкими и негибкими при минимально возможном весе. Это требование ставит суперсплавы на основе титана, алюминия и никеля в центр национальных программ по материаловедению и делает их теми материалами, для обработки которых существует лазерное аддитивное производство.
Титан или алюминий - это вопрос обслуживания, а не предпочтения. Укажите нам деталь и рабочий цикл, и выбор будет зависеть от прочности, ударной вязкости и жесткости на единицу веса. Спросите о вашей заявке
С точки зрения науки и разработок, современная промышленность нуждается в конструкционных материалах с высокой прочностью, трещиностойкостью и жесткостью при минимально достижимом весе. Легкие высокопрочные сплавы, такие как титан и алюминий, и жаропрочные сплавы, несущие нагрузку, такие как жаропрочные сплавы на основе никеля, находятся в центре внимания национальных программ по созданию новых материалов, и все они являются важными материалами для лазерного аддитивного производства.
Общий корпус для титана и алюминия
Титановые и алюминиевые сплавы широко используются в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении и общем машиностроении благодаря своей низкой плотности и прочности конструкции. В частности, в авиационной промышленности они являются основными конструкционными материалами.
Титановый сплав находится рядом на две трети тяжелее по сравнению с алюминием, его внутренняя прочность означает, что для достижения заданной прочности требуется меньше материала. Благодаря этой прочности при низкой плотности титан значительно снижает затраты на топливо и широко используется в реактивных двигателях и космических аппаратах.
Алюминий на сегодняшний день является наиболее широко применяемым и наиболее распространенным легким материалом в автомобилестроении, его плотность составляет примерно треть от плотности стали. Опубликованные исследования показывают, что до 540 кг из алюминия можно использовать в транспортном средстве, что позволяет снизить вес примерно на 40 %. Цельноалюминиевые конструкции транспортных средств являются общепризнанной демонстрацией того, чего стоит такая экономия веса на практике.
Где эти два понятия расходятся
Оба они обладают высокой прочностью и низкой плотностью, поэтому выбор должен быть сделан в зависимости от других свойств. Решающими являются следующие различия:
Крепость, где важен каждый грамм
В критических ситуациях, когда важны как малый вес, так и высокая прочность, а также когда требуется высочайшая прочность, титан - лучший выбор Соответственно, титановые сплавы используются для изготовления медицинских устройств и имплантатов, сложных компонентов-сателлитов, а также креплений и брекетов.
Стоимость
Алюминий - самый экономичный металл для обработки на станке или для 3D-печати. Титан стоит дороже — это один из самых дорогих металлических материалов, в основном из-за его высокой температуры плавления и сложности обработки. Контраргумент заключается в том, что экономия топлива при использовании более легких самолетов или космических аппаратов значительно увеличивает срок службы, а также в том, что детали из титановых сплавов служат дольше.
Тепловое поведение
Алюминиевый сплав обладает высокой теплопроводностью и обычно используется для изготовления радиаторов отопления. Высокая температура плавления титана делает его более подходящим для высокотемпературных применений, а авиационные двигатели содержат большое количество деталей из титановых сплавов.
На практике алюминий пригоден для эксплуатации в следующих условиях: 200 °C. Для Ti-6Al-4V компоненты двигателя, такие как лопатки вентилятора и компрессора, диски и кожухи в низкотемпературной секции, работают в рабочем диапазоне до 400-500 °C Этот сплав также используется для изготовления деталей планера и капсулы, корпусов ракетных двигателей и втулок несущих винтов вертолетов.
Коррозия и биологические свойства
Коррозионная стойкость титана и его низкая реакционная способность делают его наиболее биосовместимым металлом, поэтому он широко используется в медицине, например, для изготовления хирургических инструментов. Ti-6Al-4V также хорошо противостоит воздействию соленой среды и часто используется в морских условиях.
Одно явное ограничение. Титан обладает низкой электропроводностью и не является идеальным выбором для применения в электротехнике. Если деталь является главным образом электрическим проводником, следует выбрать другой материал.
Почему алюминий является наиболее сложной проблемой при производстве присадок
Сплавы на основе алюминия обладают низкой плотностью, высокой удельной прочностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей формуемостью, поэтому они так широко используются в промышленности. Но с точки зрения процесса аддитивного производства Алюминий представляет особую трудность: его низкая плотность придает порошку сравнительно плохую сыпучесть.
Последствия проявляются непосредственно в процессе работы:
- В УУЗР, слой порошка распределяется менее равномерно
- В ЛМД таким образом , непрерывность подачи порошка становится менее надежной
Оба эффекта имеют место повышенные требования к точности систем повторного нанесения покрытия и подачи порошка в оборудовании для лазерного аддитивного производства. Это ограничение, связанное с производительностью оборудования, а не с дефектом материала, но его необходимо учитывать при проектировании.
Прочный потолок из алюминия, изготовленного с использованием дополнительных добавок
Алюминиевые сплавы, используемые в настоящее время в аддитивном производстве, в основном Аль-Си сплавы и сыпучие материалы AlSi10Mg и AlSi12 были широко изучены.
Однако сплавы Al-Si являются литейными сплавами. Даже при использовании оптимизированного процесса лазерной присадки их предел прочности при растяжении по-прежнему трудно превысить 400 МПа Этот потолок ограничивает их использование в несущих конструкциях, где требования к обслуживанию в аэрокосмической отрасли более высокие - именно там титан продолжает удерживать лидирующие позиции.
Что может предложить аддитивное производство
К современным аэрокосмическим компонентам предъявляется ряд сложных требований: малый вес, высокая производительность, высокая надежность и низкая стоимость, а также сложные конструктивные решения, которые очень трудно изготовить обычными средствами. Лазерное аддитивное производство типичных аэрокосмических компонентов на основе алюминия, титана и никеля позволяет достичь этого сочетания сразу двумя способами:
- Выбор материала переход на легкие и высокоэффективные сплавы
- Производство стремится к точности и почти идеальной форме
Комплексное аддитивное производство материалов, конструкций и эксплуатационных характеристик - вот что позволяет применять эту технологию в крупных программах аэрокосмического машиностроения.
Практическая позиция покупателя заключается в следующем: способность титана выдерживать высокие температуры и устойчивость к коррозии не могут быть заменены другими легкими металлами, а его соотношение прочности и веса остается эталоном. При изготовлении чертежей, где важны вес, температура и надежность, выбор материала обычно останавливается на титане — и вопрос становится скорее о технологическом процессе, чем о металле.
часто задаваемые вопросы
Общие вопросы
Почему титан и алюминий так важны в аддитивном производстве?
Они сочетают в себе низкую плотность и прочность конструкции, необходимые для современных аэрокосмических и автомобильных компонентов, и могут быть обработаны с помощью лазерного аддитивного производства. Титановый сплав примерно на две трети тяжелее алюминия, но для достижения заданной прочности требуется меньше материала, в то время как алюминий является наиболее распространенным легким материалом в автомобилестроении.
Если титан тяжелее, почему стоит предпочесть его алюминию?
Потому что важна прочность на единицу веса, а не сам вес. Титан примерно на две трети тяжелее, но значительно прочнее, поэтому требуется меньше материала. Там, где требуется высочайшая прочность при малом весе, титан является лучшим выбором — именно поэтому он используется для изготовления медицинских имплантатов, компонентов спутников и оборудования двигателей.
Как они соотносятся по стоимости?
Алюминий - самый экономичный металл для обработки на станке или 3D-печати. Титан, являясь одним из самых дорогих металлических материалов, стоит значительно дороже. В качестве дополнительного аргумента можно привести то, что более легкие самолеты или космические аппараты экономят топливо, что значительно увеличивает срок службы титановых деталей.
А как насчет температурных характеристик?
Алюминий пригоден для эксплуатации при температуре ниже 200 °C. Алюминиевый сплав обладает высокой теплопроводностью и используется для изготовления радиаторов отопления. Высокая температура плавления титана позволяет работать при высоких температурах, а компоненты из Ti-6Al-4V, такие как лопатки вентиляторов и компрессоров, диски и корпуса, работают при температуре до 400-500 °C. По этой причине авиационные двигатели содержат много деталей из титановых сплавов.
Почему алюминий трудно поддается лазерной аддитивной обработке?
Его низкая плотность придает порошку сравнительно низкую сыпучесть. В SLM это означает, что слой порошка распределяется менее равномерно; в LMD непрерывность подачи порошка менее надежна. И то, и другое предъявляет повышенные требования к точности систем повторного нанесения покрытия и подачи порошка, поэтому это скорее ограничение возможностей оборудования, чем дефект материала.
Существует ли предел прочности алюминия, изготовленного с использованием добавок?
Да. В основном используются литейные сплавы Al-Si, среди которых широко изучены AlSi10Mg и AlSi12. Даже при оптимизированных параметрах процесса лазерной присадки предел прочности при растяжении трудно превысить 400 МПа, что ограничивает применение в высоконагруженных конструкционных элементах в аэрокосмической промышленности.
Подходит ли титан для применения в электротехнике?
Нет. Титан обладает низкой электропроводностью и не является идеальным материалом для использования в качестве проводника тока. Его преимущества заключаются в соотношении прочности к весу, стойкости к высоким температурам и коррозии, в том числе в хорошей стойкости к соленой среде при использовании в море.
Что предлагает TUOHANG для программ, связанных с добавками?
Мы поставляем титан и изделия из титановых сплавов, а также обработанные компоненты — прутки, пластины, трубы, листы, проволоку, фольгу, сетки и поковки, включая заготовки и обработанную геометрию, необходимые для аддитивных процессов, такие как пластины—подложки и готовые обработанные детали. Пришлите оценку, форму и основные технические условия.
Спросите об аддитивном производстве
Пришлите чертеж с указанием марки и основных технических условий. Мы подтвердим форму материала , технологический маршрут, план проверки и дату в письменном виде вместе с коммерческим предложением.