Ti-6Al-4V titánová zliatina: základné funkcie
Hliník 5,5 – 6,75 %, vanád 3,5 – 4,5 % a stopové prvky ako železo, uhlík, dusík, kyslík a vodík tvoria primárne chemické zložky Ti-6Al-4V zliatiny titánu. Jeho hustota je 4,44 g/cm³; rozsah teploty topenia je 1630-1650 stupňov. S rozsahmi 825–895 MPa a 895–1180 MPa táto zliatina titánu vykazuje dobré predĺženie (10–15 %) a zmrštenie prierezu (25–35 %). Jeho pevnosť v ťahu a medza klzu sú vynikajúce.
Zliatina titánu Ti-6Al-4V má nízku tepelnú vodivosť, silnú chemickú aktivitu, tvrdé pracovné kalenie, ktoré spôsobuje nízku rýchlosť rezania a krátku životnosť nástroja, a preto sú ťažkosti pri obrábaní tejto zliatiny veľmi významné. Techniky tepelného spracovania vrátane žíhania, spracovania v roztoku a spracovania starnutím môžu pomôcť maximalizovať jeho mechanické vlastnosti. Okrem toho je zliatina vhodná na použitie v námornom a chemickom sektore a vykazuje veľkú odolnosť proti korózii v náročných podmienkach vrátane oxidácie, redukcie, silných kyselín a silných zásad.
Aplikácia technológie 3D tlače v letectve a kozmonautike
Ako sofistikovaná aditívna výrobná technika môže technológia kovovej 3D tlače poskytovať integrované lisovanie zložitých tvarovaných komponentov v leteckom priemysle, čím sa zvyšuje presnosť a kvalita výroby. Vynikajúca aplikácia titánovej zliatiny Ti-6Al-4V z nej urobila jeden z najviac skúmaných materiálov pre kovovú 3D tlač.
Letecké vybavenie vrátane kužeľového plášťa elektrickej kabíny, valcového plášťa elektrickej riadiacej kabíny rakety a chvostového plášťa má komplikované tvary a rozptýlené štruktúry vrátane výčnelkov, rebier, okien atď. Tieto komplikované štruktúry a garantujú presnosť a kvalitu dielov, tradičné výrobné techniky sú náročné na dosiahnutie. Spoločnosť Platinum Technology Company napríklad vyrobila tieto komponenty plášťa pre rakety série „txi“, ktoré spĺňajú kritériá, majú silnú všeobecnú kontrolu deformácie, stabilnú veľkosť a mechanické vlastnosti a mechanickú integritu.
Komponenty motora: Najmä pre dôležité komponenty, ako sú vstrekovače paliva, turbočerpadlá a spaľovacie komory, ktoré majú komplikovanú štruktúru a prísne požiadavky na materiálový výkon a presnosť výroby, si výroba raketových motorov vyžaduje veľmi vysoké technické kritériá. Integrované lisovanie zložitých konštrukcií je možné pomocou technológie 3D tlače, čím sa zvyšuje spoľahlivosť a výkon motora.
Konštrukčné komponenty krídel: Zatiaľ čo majú komplikovanú konštrukciu, krídla lietadla musia mať veľkú pevnosť a malú hmotnosť. Komplexné vnútorné konštrukcie vrátane nosníkov krídel a rebier je možné vyrobiť pomocou technológie kovovej 3D tlače pre komponenty krídla. Zníženie hmotnosti pomocou konštrukčného dizajnu pomáha súčasne zlepšiť pevnosť a tuhosť krídla.
lopatky pre motory: Nepriaznivé prevádzkové prostredie lopatiek leteckých motorov vyžaduje vysokú tepelnú odolnosť a odolnosť materiálov voči opotrebovaniu. Lopatky motora s unikátnymi tvarmi a vnútornými štruktúrami, vrátane lopatiek s chladiacimi kanálmi, ktoré môžu zvýšiť účinnosť chladenia lopatiek a predĺžiť ich životnosť, je možné vyrobiť technológiou kovovej 3D tlače.
Problémy a riešenia pre 3D tlač Ti-6Al-4V z titánovej zliatiny kovov
Zliatina titánu Ti-6Al-4V stále predstavuje určité ťažkosti, aj keď má niekoľko výhod pre kovovú 3D tlač. Typické komponenty Ti-6Al-4V vyrábané aditívom majú anizotropné ťahové charakteristiky s hrubými stĺpovitými zrnami Prior. Zvýšenie ťahových charakteristík rovnoosých zŕn sa teda stalo hlavným predmetom štúdie.
Kórejská akadémia vied a techniky navrhla na rafináciu zŕn Prior - Ti-6Al-4V komponentov počas nanášania laserom riadenou energiou (LDED) pulznú laserom podporovanú aditívnu výrobu (PLAAM). Pomocou laserom produkovaných rázových vĺn, kavitačných javov a zrýchleného Marangoniho toku na generovanie jemných rovnoosých štruktúr Prior zŕn táto metóda zahŕňa nanosekundové pulzné lasery so systémami LDED na dodávanie vysokej pulznej energie do bazéna taveniny, čím poskytuje priaznivé prostredie. S 3,78-násobkom množstva zŕn Prior na jednotku plochy v porovnaní so vzorkami konvenčnej výroby aditív výskum preukázal, že vzorky PLAAM vykazujú jemnejšie a rovnoosé zrná Prior po celej konštrukčnej výške 30 mm.
optimalizácia komponentov aditívnej výroby a hodnotenie výkonu
Komponenty vyrábané aditívom musia spĺňať požiadavky leteckého priemyslu, ak sa majú použiť v tomto sektore. V spolupráci s Rolls Royce výskumný tím z Nanyang Technological University v Singapure hodnotil výkonnosť vzoriek Ti-6Al-4V vyrobených a vyrobených pomocou aditívnej výroby s laserovým tavením prášku (L-PBF). Štúdie ukázali, že vzorky generované Ti-6Al-4V vyrobené aditívnou výrobou L-PBF ošetrenou metódou leteckej výroby (MoM) majú lepšiu únavovú životnosť ako vzorky vyrobené z výroby. Okrem toho technika vibračného leštenia zvyšuje hladkosť povrchu a únavovú životnosť pri zachovaní výhodného tlakového zvyškového napätia brokovania.
Štúdia tiež poznamenala, že o 50 % môže leštenie povrchu zvýšiť únavovú životnosť opracovaných a brokovaných komponentov. Predĺženie životnosti komponentov a predchádzanie poruchám do značnej miery závisí od metód povrchovej úpravy vrátane brúsenia brokovnicou a vibračného leštenia. Brokovanie prináša tlakové napätie vytváraním plastickej deformácie materiálov a zlepšovaním povrchových a podpovrchových štruktúr zŕn, čím sa zlepšuje únavový výkon. Otryskávanie však môže spôsobiť odchýlky a nadmernú drsnosť povrchu; takže potrebná drsnosť povrchu vyžaduje posledné jemné leštenie. Vibračné leštenie je technika dávkového leštenia, pri ktorej sa materiál rovnomerne odstraňuje z povrchu regulovaným tempom a vytvára hladké textúry, čím sa znižuje drsnosť povrchu pri zachovaní tlakového napätia a jemnosti zrna na povrchu aj pod ním.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-tablet-stand.html