고강도 샤프트 구성 요소를 티타늄 합금으로 인쇄 할 수 있습니까?

一, 티타늄 합금으로 3D 프린팅 : 표준 재료의 한계를 넘어서
1. 높은 강도와 ​​연성을 가능하게하기 위해 함께 노력
전형적인 금속에서 강도와 연성은 종종 "시소"연결을 갖지만, 3D 프린팅은 미세 구조를 제어 함으로써이 제약을 깨뜨릴 수 있습니다. 예를 들어, 중국 과학 아카데미 및 북동부 대학교 팀은 지시 된 에너지 증착 (DED) 기술을 사용하여 ti ∝ zr ₁ ₅nbval₀을 만들었습니다. 높은 엔트로피 합금의 항복 강도는 914 MPa이고, 골절 신장은 27.4%입니다. 이것은 표준 주조 샘플 (835 MPa, 18.8%)보다 훨씬 높습니다. 그것의 가장 중요한 부분은 다음과 같습니다.
이기종 구조의 설계 : 원주 결정과 등가 된 결정이 함께 작동 할 때 변형을 위해 함께 작동하면 재료 내부에 "스프링과 같은"응력 조정 메커니즘을 만듭니다. 이것은 재료를 강하게 유지하고 변형 할 공간을 제공합니다.
조성물 균일하게 만들기 : DED 메소드는 매우 빠르게 냉각되어 (10 ⁴ -10 ⁶ k/s) 요소 분리를 중지하고 위험한 위상 강수량을 멈추고 훌륭한 기계적 특성을위한 단계를 설정합니다.
이러한 종류의 재료는 항공 엔진 샤프트의 일부에서 사용되어 왔으며 고온에서 잘 작동하는 능력 (플라스틱 변형률은 600도에서 67.6%에 도달)은 매우 가혹한 조건에서 티타늄 합금에 더 많은 용도를 열어줍니다.
2. 피로 저항 성능 향상 경로
샤프트 부품의 피로 수명의 주요 척도는 피로 수명입니다 . 3 D 인쇄는 다음과 같은 방법을 사용하여 피로에 더욱 강력하게 만듭니다.
결함 제어 : LASER 선택적 용융 (SLM) 기술을 사용하면 스캐닝 전술 (예 : Chequerboard 스캔)을 0.8% 내지 0.2%로 낮추고 중간 비 퓨전 결함을 최적화하여 피로 균열 시작 가능성을 낮출 수 있습니다.
잔류 응력 관리 : 샷 피닝은 -400mpa의 잔류 압축 응력을 추가하여 알루미늄 합금 휠이 3 배 더 오래 지속됩니다. 이 동일한 방법은 티타늄 합금 샤프트 부품에 사용될 수 있습니다.
열처리 과정 : HOT 등방성 프레스 (HIP) 처리는 내부 기공을 제거하고 TI6AL4V 합금의 피로 강도를 450mpa에서 620mpa로 만들 수 있습니다.
2, 산업에서의 사용 : 실험실에서 대량 제조까지
1. 항공 우주 : 빛과 기능을 결합하는 방법의 모델
에어 버스 A350 후행 가장자리 하이 리프트 시스템에는 3D 인쇄 샤프트 부품의 획기적인 예인 티타늄 합금 유연성 샤프트가 있습니다. Liebherr Aerospace는 티타늄 파우더 첨가제 제조를 사용 하여이 부분을 만들어 플랩 시스템의 활성 차동 기어 박스에 넣습니다. 이것은 다음과 같은 돌파구로 이어집니다.
기능 통합 : 7 개의 전통적인 부품을 하나로 구성하여 무게를 30% 줄이고 20% 더 신뢰할 수 있습니다.
성능 점검 : EASA 인증에 따르면 3D 프린트 샤프트 부품은 항공 급 피로 생활 표준을 충족 할 수있는 것으로 나타 났으며, 이는 최대 20 년 동안 지속될 수 있음을 의미합니다.
비용 최적화 : 티타늄 합금을 통한 3D 프린팅은 재료를 적게 사용하고 전통적인 단조 방법보다 40% 저렴합니다.
2. 의료 기기 : 맞춤형 수정 및 생물학적 시스템과의 호환성
정형 외과 임플란트 분야에서, 고관절 줄기를 포함한 티타늄 합금 3D 프린트 샤프트 성분은 임상 환경에서 사용되었습니다. 그 이점 중 일부는 다음과 같습니다.
해부학 적 적응성 : 스트레스 차폐 효과를 낮추고 뼈 통합을 장려하는 환자의 CT 데이터를 기반으로하는 사용자 정의 설계.
다공성 구조의 설계 : 토폴로지 최적화에 의해 생체 모방 다공성 구조를 생성하여 가볍게 만들뿐만 아니라 뼈 형성 속도를 높입니다. 예를 들어, 회사는 위조 부품의 95% 이상 지속되는 3D 인쇄 코발트 크롬 합금 인공 관절을 만들었습니다.
3. 자동차 만들기 : 고성능과 경량 사이의 올바른 균형 찾기
고성능 자동차의 세계에서 기어 박스 샤프트 및 서스펜션 시스템과 같은 티타늄 합금 3D 프린트 샤프트 부품은 천천히 강철을 대신하고 있습니다. 예를 들어, BMW 그룹은 3D 프린트 알루미늄 합금 재킷과 토폴로지 최적화를 사용하여 40% 가볍고 2000 시간 이상 지속됩니다.
Tesla는 Cybertruck의 서스펜션 시스템에서 티타늄 합금 3D 인쇄 제어 암을 테스트하고 있습니다. 이종 구조 설계는 동시에 강력하고 내구성이 있습니다.