آشنایی با پودر تیتانیوم در پرینت سه بعدی
تیتانیوم به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت در برابر خستگی و شکست و زیست سازگاری، ماده ای مطلوب برای پرینت سه بعدی است.
به همین دلیل پودر تیتانیوم به کاربران اجازه می‌دهند تا به کمک فرآیندهای همجوشی بستر پودری قطعاتی با طرح‌های هندسی پیچیده و ویژگی‌های منحصر به فرد پرینت کنند.
تیتانیوم یکی از متداول‌ترین فلزات مورد استفاده در پرینت سه بعدی است که به طور گسترده در
- صنعت هوافضا
- در پزشکی برای تعویض مفصل و ساخت ابزارهای جراحی
- تولید اتومبیل‌های مسابقه‌ای
- الکترونیک
و سایر محصولات با کارکرد بالا استفاده میشود.
آلیاژهای رایج پودر تیتانیوم در پرینت سه بعدی
آلیاژهای رایج تیتانیوم مورد استفاده در پرینت سه بعدی عبارتند از:
- Ti-6Al-4V (Ti64)
- Ti64 ELI
- commercially pure (CP) Ti grade 2
- Ti 6242
جدول زیر بیانگر مقایسه آلیاژهای رایج تیتانیوم برای پرینت سه بعدی میباشد:
| نام آلیاژ | خواص مکانیکی | کاربردها | میزان مناسب بودن برای پرینت سه بعدی | پایان سطح |
Ti-6Al-4V ELI | استحکام بالا، سختی، طول عمر خوب | تولید قطعات کاربردی در صنعت هوافضا، ساخت ایمپلنت‌های زیست پزشکی(بایومدیکال) | عالی | متوسط |
| Ti-6Al-4V | استحکام، چقرمگی شکست خوب | تولید قطعات ساختاری در صنعت هوافضا، ساخت قطعات خودرو | خیلی خوب | متوسط |
| Ti 6242 | استحکام در 300 درجه سانتی گراد، مقاومت در برابر خزش | قطعات مورد استفاده در دماهای بالا | خوب | ضعیف |
| CP Grade 2 Titanium | شکل پذیری، مقاومت در برابر خوردگی | ایمپلنت‌های پزشکی، کارخانه های شیمیایی | متوسط | خیلی خوب |
همین الان سفارش خود را ثبت کنید!
نکاتی درباره پودر تیتانیوم مورد استفاده در پرینت سه بعدی
پودر تیتانیوم با اتمیزه کردن گاز تولید میشود که در این فرآیند تیتانیوم مذاب توسط یک جت گاز بی اثر اتمیزه میشود و به ذرات کروی ریز تبدیل میشود. برای تولید پودر تیتانیوم از فرآیند الکترود دوار پلاسما (PREP) نیز استفاده میشود.
اندازه معمولی پودر تیتانیوم بین 15-45 میکرون است. پودرهای ریزتر در حدود 15 میکرون امکان پرینت قطعات با رزولوشن و وضوح بهتر را فراهم میکنند از طرف دیگر پودرهای با رات درشت تر 45 میکرون سرعت ساخت بالاتری را ارائه میکنند.
مورفولوژی کروی و توزیع اندازه کنترل شده پودرهای تیتانیوم منجر به جریان پذیری بهتر آنها شده است. پودر تیتانیوم معمولاً می‌تواند تا 10 تا 20 بار مجدداً استفاده شود، اگر به درستی استفاده شود.
پودر تیتانیوم به دلیل ماهیت آتش زایی (pyrophoric) آن بسیار قابل اشتعال است و با هوا واکنش نشان می دهد. به همین منظور جابجایی مناسب پودر تیتانیوم در یک جو خنثی و واکنش ناپذیر امری بسیار حیاتی است.
تکنولوژی‌های مناسب برای پرینت سه بعدی پودر تیتانیوم
شاید برایتان سوال باشد که ” از کدام تکنولوژی پرینت سه بعدی می‌توان برای پرینت سه بعدی قطعات تیتانیومی استفاده کرد؟”
تیتانیوم در درجه اول توسط همجوشی بستر پودری با استفاده از ذوب لیزری انتخابی (SLM) و ذوب پرتو الکترونی (EBM) چاپ میشود.
روش‌های مبتنی بر سیم مانند رسوب فلز لیزری (LMD) و رسوب انرژی هدایت شده مبتنی بر جوش (DED) نیز ممکن است برای پرینت سه بعدی پودر تیتانیوم استفاده شوند اما کمتر رایج اند.
مزایای استفاده از پودر تیتانیوم در پرینت سه بعدی
تیتانیوم و آلیاژهای مبتنی بر تیتانیوم به دلیل استحکام مکانیکی بالا، نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت در برابر خوردگی بهتر نسبت به فولادهای زنگ نزن مورد توجه هستند.
پودر تیتانیوم منجر به سبک تر شدن موشک‌ها و هواپیماها میشود که باعث صرفه جویی در سوخت و افزایش ظرفیت بار خواهد بود.
همچنین برای وسایل الکترونیکی با وزن سبک‌تر مانند تلفن‌های هوشمند و عینک‌های واقعیت مجازی نیز تولید میشود و همینطور در پزشکی برای تولید ایمپلنت‌های پزشکی.
هنگامی که ویژگی‌های ذاتی تیتانیوم را با ویژگی‌های منحصربه‌فرد موجود در هنگام پرینت سه بعدی با آن ترکیب کنید، مزیت‌های آن چند برابر میشود.
همین الان سفارش خود را ثبت کنید!
مقایسه مزایا و معایب پودر تیتانیوم در پرینت سه بعدی
مزایای پودر تیتانیوم
- نسبت استحکام به وزن بالا
- در دماهای بالا استحکام خود را حفظ میکند
- مقاوم در برابر فرسودگی، سایش و خوردگی
- Bioinert – مناسب برای ایمپلنت‌های پزشکی
- قابل استریلیزاسیون
محدودیت‌های پودر تیتانیوم
- گران قیمت
- پودر واکنش پذیر و قابل اشتعال
- خواص غیرایزوتروپیک
- شکل پذیری کمتر نسبت به فرم‌های فرفورژه
کاربردهای پرینت سه بعدی پودر تیتانیوم در صنایع مختلف
پرینت سه بعدی پودر تیتانیوم به دلیل خواص استثنایی که دارد به طور گسترده در کاربردهای مختلف در صنایعی مانند هوافضا، پزشکی، خودروسازی و دفاع استفاده میشود.
در این بخش برخی از کاربردهای رایج پودر تیتانیوم در پرینت سه بعدی را با هم بررسی می‌کنیم:
نسبت استحکام به وزن بالای تیتانیوم آن را برای تولید قطعات سبک وزن و در عین حال قوی برای هواپیما، فضاپیما و ماهواره ایده آل می کند.
زیست سازگاری، مقاومت در برابر خوردگی و استحکام تیتانیوم، آن را به ماده ای مطلوب برای ساخت ایمپلنت‌های پزشکی مانند ایمپلنت‌های ارتوپدی، ایمپلنت‌های دندانی و پروتز تبدیل میکند. پرینت سه بعدی با پودر تیتانیوم امکان کاشت ایمپلنت‌های سفارشی متناسب با نیازهای بیمار را فراهم میکند.
پودر تیتانیوم برای پرینت سه بعدی قطعات برای کاربردهای توربوماشین آلات، از جمله توربین‌های گاز، موتورهای جت و توربوشارژرها استفاده میشود. این قطعات به استحکام بالا، مقاومت در برابر حرارت و خواص خستگی نیاز دارند که تیتانیوم می‌تواند آن را فراهم کند.
در صنعت خودرو، پودر تیتانیوم در پرینت سه بعدی برای نمونه سازی سریع اجزایی مانند قطعات موتور، سیستم‌های اگزوز و عناصر ساختاری سبک استفاده میشود. پرینت سه بعدی با تیتانیوم امکان تکرار طراحی سریع و تولید مقرون به صرفه اجسام پیچیده را امکان پذیر میکند.
پودر تیتانیوم در بخش‌های دفاعی و نظامی برای تولید قطعات خودروهای زرهی، اجزای سلاح، سازه‌های وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) و سایر تجهیزات تخصصی مورد استفاده قرار می‌گیرد. دوام، مقاومت در برابر ضربه و وزن سبک این ماده، آن را برای ساخت تجهیزات نظامی و دفاعی مناسب میکند.
سوالات متداول
تیتانیوم فلزی است که کار با آن می‌تواند دشوار باشد، به خصوص در مورد ماشین کاری. مثلا تیتانیوم رسانایی حرارتی پایینی دارد. این بدان معناست که هنگام ماشینکاری، به عنوان مثال با یک دستگاه CNC، گرمای تولید شده در ابزار CNC ذخیره میشود که می‌تواند باعث فرسودگی سریع ابزار شود.
علاوه بر این، از آنجایی که ماشینکاری شامل برش و حذف مواد میشود، این فرآیند می تواند منجر به تولید زباله‌های زیادی شود. در نتیجه بسیاری از شرکت ها به دنبال جایگزین‌های بهتری برای تولید قطعات تیتانیومی هستند. ثابت شده است که پرینت سه بعدی فلزی آن جایگزین مناسبی است که به دنبالش هستند.
بله، تیتانیوم به راحتی با هوا واکنش می‌دهد، بنابراین پودر باید در فضایی خنثی با استفاده از گاز آرگون یا نیتروژن ذخیره و پردازش شود. از نگهداری آن در محیط‌های قابل اشتعال و منابع اشتعال باید اجتناب شود. اپراتورها باید هنگام کار با پودر تیتانیوم از تجهیزات محافظ استفاده کنند.
پودر تیتانیوم تا حدی ذوب شده می تواند به سطوح بچسبد و باعث ایجاد یک پوشش محکم شود. غلت زدن، سندبلاست، آسیاب، سنگ زنی و پرداخت عملیات ثانویه‌ای هستند که برای صاف کردن قطعات تیتانیوم چاپ شده استفاده می‌شوند. از فرآیندهای تکمیل شیمیایی یا الکتروشیمیایی نیز استفاده میشود.