Почему титан и алюминий лучшие металлы для 3D-обработки

Когда вы думаете про идеальные характеристики материалов для изготовления деталей, на ум приходят легкий вес и прочность. Естественно, это алюминий и титан. Они обладают и другими важными характеристиками, такими как превосходная устойчивость к коррозии и теплостойкость. Используя 3D-печать или обработку на станках с ЧПУ, эти два металла оказались невероятно универсальными для изготовления деталей в различных отраслях промышленности.

Алюминий и титан оба легкие, но по разным причинам. Низкий удельный вес алюминия (2,7 г/см3) означает, что он значительно легче таких аналогов, как сталь, которая примерно в три раза тяжелее. Хотя титан примерно на две трети тяжелее алюминия, присущая ему прочность означает, что его требуется меньше. На самом деле, для получения той же физической прочности, что и в случае с алюминием, требуется в разы меньше титана. Титан используется, например, в реактивных двигателях самолетов, а также в космических кораблях. Его прочность и легкий вес снижают затраты на топливо.

Различия между алюминием и титаном

Поскольку оба материала обладают высокой прочностью и малым весом, при выборе сплава для изготовления деталей важно обратить внимание на другие отличительные характеристики.

  • Прочность/вес: в критических ситуациях, когда важен каждый грамм, но нужны прочные детали, титан — это то, что нужно. Титановые медицинские компоненты, сложные спутниковые компоненты, приспособления и кронштейны преуспевают именно по этой причине.
  • Стоимость: алюминий — самый экономически выгодный металл для обработки или 3D-печати. Хотя титан увеличивает стоимость, он все же может принести пользу. Более легкий вес деталей позволяет экономить топливо в транспортных приложениях, а титановые детали просто служат дольше.
  • Тепловые свойства: приложения, требующие высокой теплопроводности, например, теплоотводы, выиграют от применения алюминия. Для высокотемпературных применений высокая температура плавления титана выгодна там, где жаропрочность является приоритетом, например, в компонентах аэрокосмических двигателей.
  • Устойчивость к коррозии: и алюминий, и титан обладают превосходной коррозионной стойкостью.

Устойчивость титана к коррозии и отсутствие реакционной способности делает его самым биосовместимым металлом, поэтому он отлично подходит для применения в медицине, например, в хирургических инструментах. Титан 6-4 также хорошо переносит соленую среду и часто используется в морской технике.

[siteorigin_widget class=»SiteOrigin_Widget_Image_Widget»][/siteorigin_widget]

Применение алюминия

Алюминий встречается повсюду — это самый распространенный металл на планете. Тонкий слой оксида алюминия, который образуется на нем при контакте с воздухом, делает его практически не подверженным коррозии, а его легкий вес помогает вашим деталям не превращаться в якорь. Хотя алюминий обычно не реагирует на кислоты, в щелочной (основной) среде он подвержен коррозии.

В целом, алюминий находит свое применение в авиации и строительных материалах, таких как не несущие каркасы. Более конкретно, 6082 используется для изготовления велосипедных рам, баллонов для подводного плавания, рыболовных катушек, небольших лодок и рам автомобилей. Более прочные свойства 7075 делают его идеальным для изготовления форм для пластмасс и оснастки, а также каркасов самолетов. Если вам нужен хороший проводник электричества, алюминий справится с этой задачей. Он обладает отличной способностью передавать тепло, что делает его превосходным для теплоотводов.

Алюминиевый сплав, используемый в нашем процессе прямого лазерного спекания металлов (DMLS), AlSi10Mg, добавляет кремний и магний. Он часто используется для литья и наиболее похож на сплав серии 3000, учитывая добавление магния в качестве основного легирующего элемента. Свойства 3D-печати алюминия превосходят свойства его литого аналога, за исключением более низкого удлинения при разрыве.

[siteorigin_widget class=»SiteOrigin_Widget_Image_Widget»][/siteorigin_widget]

Применение титана

Титан также является одним из самых распространенных металлов на Земле, но его температура плавления настолько высока, что его трудно переработать в пригодный для использования продукт. Это основная причина, по которой он дороже других металлов. Титановые детали имеют дополнительные затраты, поскольку их трудно обрабатывать. Титан известен своей прочностью и имеет высокое соотношение прочности к весу. Он также обладает отличной коррозионной стойкостью и столь же плохим электропроводником.

Одним из достоинств титана является низкое тепловое расширение. Имея температуру плавления около 1 660 градусов Цельсия, при воздействии тепла он лучше сохраняет свою форму. Кроме того, титан не поглощает тепло, а отражает его, поэтому его можно встретить в окнах с низким коэффициентом теплопроводности, отражающих нагревающие инфракрасные лучи солнца.

Что касается внешнего вида, то цвет титана варьируется в зависимости от степени его обработки. Он может варьироваться от тускло-серого в необработанном виде до блестящего серебристого в гладком. В нашем процессе DMLS используется титан Ti 6Al4V, чаще называемый Ti 6-4. По механическим свойствам он схож с титаном марки 23 в отожженном состоянии и обладает исключительной прочностью на разрыв.

Зачем обрабатывать алюминий и титан?

Фрезерная и токарная обработка с ЧПУ — это проверенные временем способы производства алюминиевых и титановых деталей. Эти процессы быстрые — часто детали изготавливаются менее чем за день — и соответствуют допускам +/-0,1 мм. Если вам нужно быстро изготовить прототип детали, алюминий выделяется своей низкой стоимостью и высоким качеством. Однако механическая обработка несколько ограничена с точки зрения геометрии, поэтому чрезвычайно сложные конструкции требуют другого решения, такого как DMLS, независимо от того, какой материал вы выберете.

Один из факторов, о котором вы, возможно, не задумывались при выборе материала, — это отходы обработки. Если для недорогого алюминия фрезерование лишнего материала вполне подходит, то для дорогого титана оно не идеально. В связи с этим инженеры часто предпочитают изготавливать прототипы из алюминия, а затем переходить на титан для производства деталей. Обработка алюминия популярна в автомобильной промышленности, где облегчение конструкции является ключевым фактором для повышения экономии топлива и минимизации влияния на производительность.

[siteorigin_widget class=»SiteOrigin_Widget_Image_Widget»][/siteorigin_widget]

Зачем обрабатывать изделия из алюминия и титана в 3D?

DMLS — это процесс аддитивного производства. Используя плавящийся лазер для сварки порошкообразного металла, он формирует детали слой за слоем. Главное преимущество DMLS заключается в том, что вы можете создавать детали с невероятно сложной геометрией, такие как соты и сетчатые структуры. Механическая металлообработка просто не может сравниться с гибкостью конструкции DMLS, независимо от того, какой металл используется.

Если вам нужны детали из титана, то одно преимущество, о котором вы, возможно, не задумывались, связано с его стоимостью. Использование порошка означает, что в итоге практически не остается отходов металла. Более того, хотя производственные затраты при использовании DMLS несколько выше, детали обеспечивают ценность за счет сочетания прочности и снижения веса. Также DMLS позволяет объединять отдельные части узлов в единую прочную деталь. Это экономит время сборки и уменьшает количество материалов в спецификации (BOM).