โลหะผสมไทเทเนียม Ti-6Al-4V: คุณลักษณะพื้นฐาน
อะลูมิเนียม 5.5–6.75% วาเนเดียม 3.5–4.5% และธาตุรอง เช่น เหล็ก คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน และไฮโดรเจน ประกอบไปด้วยส่วนประกอบทางเคมีหลักของโลหะผสมไทเทเนียม Ti-6Al-4V ความหนาแน่นของมันคือ 4.44g/cm ³; ช่วงอุณหภูมิหลอมเหลวอยู่ที่ 1,630–1,650 องศา . ด้วยช่วง 825–895 MPa และ 895–1180 MPa ตามลำดับ โลหะผสมไททาเนียมนี้แสดงการยืดตัวที่ดี (10–15%) และการหดตัวตามขวาง (25–35%) ความต้านทานแรงดึงและความแข็งแรงของผลผลิตมีความโดดเด่น
โลหะผสมไททาเนียม Ti-6Al-4V มีค่าการนำความร้อนต่ำ มีฤทธิ์ทางเคมีสูง ชิ้นงานแข็งตัวอย่างรุนแรง ซึ่งทำให้ใช้ความเร็วตัดต่ำและอายุการใช้งานเครื่องมือสั้น ดังนั้นความยากในการตัดเฉือนของโลหะผสมนี้จึงมีความสำคัญมาก เทคนิคการบำบัดด้วยความร้อนรวมถึงการหลอม การบำบัดด้วยสารละลาย และการบำบัดการชราภาพสามารถช่วยเพิ่มคุณภาพเชิงกลได้สูงสุด นอกจากนี้ ยังเหมาะสำหรับการใช้งานในภาคการเดินเรือและเคมีอีกด้วย โลหะผสมยังแสดงความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมในสภาวะที่ต้องการ รวมถึงการออกซิไดซ์ การลดกรดแก่ และด่างแก่
การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3D โลหะการบินและอวกาศ
ในฐานะที่เป็นเทคนิคการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุที่ซับซ้อน เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะอาจให้การขึ้นรูปชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อนแบบผสมผสานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มความแม่นยำและคุณภาพในการผลิต การใช้งานโลหะผสมไทเทเนียม Ti-6Al-4V ได้อย่างดีเยี่ยม ทำให้เป็นหนึ่งในวัสดุที่ได้รับการตรวจสอบมากที่สุดสำหรับการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ
อุปกรณ์การบินและอวกาศ ได้แก่ เปลือกทรงกรวยของห้องโดยสารไฟฟ้า เปลือกทรงกระบอกของห้องควบคุมไฟฟ้าของจรวด และเปลือกท้ายแสดงรูปทรงที่ซับซ้อนและโครงสร้างที่กระจายตัว เช่น ส่วนยื่นออกมา ซี่โครง หน้าต่าง ฯลฯ ในขณะที่เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติสามารถดำเนินการขึ้นรูปแบบบูรณาการของ โครงสร้างที่ซับซ้อนเหล่านี้และรับประกันความถูกต้องและคุณภาพของชิ้นส่วน เทคนิคการผลิตแบบเดิมๆ เป็นสิ่งที่ท้าทายในการบรรลุผล ตัวอย่างเช่น บริษัท Platinum Technology Company ผลิตส่วนประกอบเปลือกเหล่านี้สำหรับจรวดซีรีส์ "txi" ซึ่งเป็นไปตามเกณฑ์ มีการควบคุมการเสียรูปทั่วไปที่แข็งแกร่ง ขนาดที่เสถียรและคุณสมบัติทางกล และความสมบูรณ์ทางกล
ส่วนประกอบเครื่องยนต์: โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบที่สำคัญ เช่น หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง ปั๊มเทอร์โบ และห้องเผาไหม้ ซึ่งมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับประสิทธิภาพของวัสดุและความแม่นยำในการผลิต การผลิตเครื่องยนต์จรวดจำเป็นต้องมีเกณฑ์ทางเทคนิคที่สูงมาก การขึ้นรูปแบบบูรณาการของโครงสร้างที่ซับซ้อนสามารถทำได้โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์
ส่วนประกอบโครงสร้างของปีก: แม้ว่าจะมีโครงสร้างที่ซับซ้อน แต่ปีกเครื่องบินจะต้องมีความแข็งแกร่งและมีน้ำหนักน้อย โครงสร้างภายในที่ซับซ้อน รวมถึงคานปีกและซี่โครงสามารถผลิตได้ผ่านเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะสำหรับส่วนประกอบปีก การลดน้ำหนักด้วยการออกแบบโครงสร้างช่วยปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของปีกไปพร้อมๆ กัน
ใบมีดสำหรับเครื่องยนต์: สภาพแวดล้อมการทำงานที่ไม่เป็นมิตรของใบพัดของเครื่องยนต์เครื่องบิน จำเป็นต้องมีความทนทานต่ออุณหภูมิและความทนทานต่อการสึกหรอของวัสดุได้ดีเยี่ยม ใบพัดของเครื่องยนต์ที่มีรูปแบบและโครงสร้างภายในที่เป็นเอกลักษณ์ รวมถึงใบพัดที่มีช่องระบายความร้อน ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนของใบพัดและยืดอายุการใช้งานได้ สามารถผลิตได้ด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ
ปัญหาและการเยียวยาสำหรับการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไททาเนียม Ti-6Al-4
โลหะผสมไทเทเนียม Ti-6Al-4V ยังคงประสบปัญหาบางประการ แม้ว่าจะมีข้อดีหลายประการสำหรับการพิมพ์โลหะ 3 มิติก็ตาม ส่วนประกอบที่ผลิตด้วยสารเติมแต่ง Ti-6Al-4V ทั่วไปมีลักษณะแรงดึงแบบแอนไอโซโทรปิกโดยมี Prior - Grain แบบเรียงเป็นแนวหยาบ ดังนั้น การเพิ่มลักษณะแรงดึงของเมล็ดข้าวที่เท่ากันจึงกลายเป็นหัวข้อการศึกษาที่สำคัญ
สำหรับการกลั่นองค์ประกอบ Prior - Grains ของ Ti-6Al-4V ในระหว่างการสะสมพลังงานโดยตรงด้วยเลเซอร์ (LDED) สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์แห่งเกาหลีและเทคนิคได้เสนอเทคนิคการผลิตสารเติมแต่งที่ใช้เลเซอร์ช่วย (PLAAM) แบบพัลซ์ การใช้เลเซอร์สร้างคลื่นกระแทก ปรากฏการณ์คาวิเทชัน และการไหลของ Marangoni ที่รวดเร็วเพื่อสร้างโครงสร้าง Prior-grain ที่สมดุล วิธีนี้รวมเอาเลเซอร์พัลส์นาโนวินาทีเข้ากับระบบ LDED เพื่อจ่ายพลังงานพัลส์สูงไปยังบ่อหลอมเหลว ดังนั้นจึงทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่ดี ด้วยปริมาณ Prior-grains ต่อหน่วยพื้นที่ถึง 3.78 เท่า เมื่อเทียบกับตัวอย่างการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุทั่วไป การวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าตัวอย่าง PLAAM แสดงได้ละเอียดกว่าและมีความเท่าเทียมมากกว่าในความสูงการก่อสร้างทั้งหมด 30 มม.
การเพิ่มประสิทธิภาพส่วนประกอบการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุและการประเมินประสิทธิภาพ
ส่วนประกอบที่ผลิตขึ้นโดยใช้สารเติมแต่งต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ หากต้องการใช้ในภาคส่วนดังกล่าว ภายใต้ความร่วมมือกับ Rolls Royce ทีมวิจัยจาก Nanyang Technological University ในสิงคโปร์ได้ประเมินประสิทธิภาพของตัวอย่าง Ti-6Al-4V ที่ผลิตและผลิตโดยใช้การผลิตแบบเติมเนื้อด้วยการหลอมด้วยผงเลเซอร์ (L-PBF) การศึกษาพบว่าตัวอย่าง Ti-6Al-4V ที่สร้างขึ้นโดยการผลิตแบบเติมเนื้อด้วย L-PBF ที่ได้รับการบำบัดด้วยวิธีการผลิตทางการบิน (MoM) จะมีอายุการใช้งานความล้าที่ดีกว่าชิ้นงานที่ผลิตจากการแปรรูป นอกจากนั้น เทคนิคการขัดแบบสั่นสะเทือนยังช่วยเพิ่มความเรียบของพื้นผิวและอายุการใช้งานของความเมื่อยล้า ขณะเดียวกันก็รักษาความเค้นตกค้างจากการอัดของการขัดแบบ shot peing ไว้ได้เปรียบ
การศึกษายังตั้งข้อสังเกตอีกว่าการขัดพื้นผิว 50% สามารถยืดอายุความล้าของชิ้นส่วนที่กลึงและขัดผิวด้วยการยิงได้ การยืดอายุการใช้งานของส่วนประกอบและการหลีกเลี่ยงความล้มเหลวนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการรักษาพื้นผิวเป็นอย่างมาก รวมถึงการขัดด้วยการฉีดและการขัดด้วยการสั่นสะเทือน การขัดผิวด้วยการยิงทำให้เกิดความเค้นอัดโดยทำให้เกิดการเสียรูปแบบพลาสติกของวัสดุ และปรับปรุงโครงสร้างเกรนของพื้นผิวและใต้ผิวดิน ดังนั้นจึงปรับปรุงประสิทธิภาพความล้า อย่างไรก็ตาม การขัดผิวด้วยการยิงอาจทำให้เกิดความแปรผันและความขรุขระของพื้นผิวมากเกินไป ดังนั้นความหยาบของพื้นผิวที่จำเป็นจึงต้องมีการขัดละเอียดครั้งสุดท้าย การขัดแบบสั่นสะเทือนเป็นเทคนิคการขัดแบบเป็นชุด โดยวัสดุจะถูกดึงออกจากพื้นผิวอย่างสม่ำเสมอด้วยความเร็วที่ได้รับการควบคุมและสร้างพื้นผิวที่เรียบเนียน ดังนั้น จึงช่วยลดความหยาบของพื้นผิวในขณะที่ยังคงรักษาแรงกดอัดและความละเอียดของเกรนทั้งบนพื้นผิวและด้านล่าง
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-tablet-stand.html