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Fabricação Avançada
Titânio e alumínio na fabricação aditiva: escolha entre eles
A indústria moderna quer materiais estruturais fortes, resistentes e rígidos com o menor peso possível. Essa exigência coloca as superligas à base de titânio, alumínio e níquel no centro dos programas nacionais de materiais-e torna — as nos materiais que a fabricação aditiva a laser existe para processar.
Titânio ou alumínio é uma questão de serviço, não uma preferência. Diga-nos a peça e o ciclo de trabalho, e a escolha é discutida pela resistência, tenacidade e rigidez por unidade de peso. Pergunte sobre a sua candidatura
Do ponto de vista científico e de desenvolvimento, a indústria moderna necessita de materiais estruturais com elevada resistência, tenacidade à fractura e rigidez com o menor peso possível. Ligas leves de alta resistência, como titânio e alumínio, e ligas resistentes ao calor, como superligas à base de níquel, são, portanto, o foco dos programas nacionais de novos materiais-e todos eles são materiais importantes na fabricação aditiva a laser.
A caixa partilhada para titânio e alumínio
As ligas de titânio e alumínio são amplamente utilizadas em máquinas aeroespaciais, automotivas e em geral, devido à sua baixa densidade e resistência estrutural. Na indústria aeronáutica, em particular, são materiais estruturais primários.
Liga de titânio é em torno de dois terços mais pesados do que o alumínio, mas a sua resistência intrínseca significa que é necessário menos material para atingir uma determinada resistência. Devido a essa resistência em baixa densidade, o titânio é significativo na redução do custo do combustível e é amplamente utilizado em motores a jato e naves espaciais.
O alumínio é o material de peso leve mais amplamente aplicado e mais comum na construção automotiva hoje, com uma densidade de cerca de um terço da do aço. Estudos publicados indicam que até 540 kg de alumínio pode ser utilizado num veículo, produzindo uma redução de peso de cerca de 40 %. As estruturas de veículos totalmente em alumínio são a demonstração estabelecida de quanto vale, na prática, essa redução de peso.
Onde os dois divergem
Ambos têm alta resistência e baixa densidade, portanto, a escolha deve ser feita nas outras propriedades. As diferenças que o decidem são estas:
Força onde cada grama conta
Em aplicações críticas onde o baixo peso e a alta resistência são importantes e onde a maior resistência é necessária, o titânio é a melhor escolha. As ligas de titânio são, por conseguinte, utilizadas para dispositivos médicos e implantes, componentes satélites complexos e acessórios e suportes.
Custo
O alumínio é o metal mais rentável para maquinar ou imprimir em 3D. O titânio custa mais — está entre os materiais metálicos mais caros, em grande parte devido ao seu alto ponto de fusão e à dificuldade de trabalhá-lo. O contra-argumento é que o combustível economizado por uma aeronave ou nave espacial mais leve produz um grande benefício em serviço e que as peças de liga de titânio duram mais.
Comportamento térmico
A liga de alumínio tem uma condutibilidade térmica alta e é de uso geral fazer dissipadores de calor. Para aplicações de alta temperatura, o alto ponto de fusão do titânio torna-o o melhor ajuste, e os motores aeronáuticos contêm um grande número de peças de liga de titânio.
Na prática, o alumínio é adequado para serviços abaixo 200 C. Para Ti-6al-4v, os componentes do motor, tais como pás do ventilador e do compressor, discos e invólucros na secção de baixa temperatura, funcionam numa gama de funcionamento até 400-5003 C. A liga também entra em componentes de fuselagem e cápsula, caixas de motor de foguete e cubos de rotor de helicóptero.
Corrosão e comportamento biológico
A resistência à corrosão e a baixa reatividade do titânio tornam-no o metal mais biocompatível, razão pela qual é amplamente utilizado em aplicações médicas, como instrumentos cirúrgicos. Ti-6Al-4V igualmente resiste ambientes de sal bem e é usado frequentemente em aplicações marinhas.
Uma limitação clara. O titânio tem baixa condutividade elétrica e não é a escolha ideal para aplicações elétricas. Quando a peça for essencialmente um condutor eléctrico, deve ser seleccionado outro material.
Por que o alumínio é o problema mais difícil da fabricação de aditivos
As ligas à base de alumínio têm baixa densidade, elevada resistência específica, forte resistência à corrosão e boa conformabilidade, razão pela qual são tão amplamente utilizadas na indústria. Mas do ponto de vista do processo de fabrico aditivo, o alumínio apresenta uma dificuldade específica: a sua baixa densidade confere ao pó uma fluidez comparativamente fraca.
As consequências aparecem diretamente no processo:
- Em Oi, o leito de pó é espalhado de forma menos uniforme
- Em LMD, a continuidade da entrega de pó é menos fiável
Ambos os efeitos colocam exigências mais elevadas em matéria de precisão e exatidão dos sistemas de recobrimento e de alimentação de pó em equipamentos de fabrico aditivo A laser. Trata-se de uma limitação da capacidade da máquina, não de um defeito de material — mas tem de ser concebida para o efeito.
O limite máximo de resistência em alumínio fabricado aditivamente
As ligas de alumínio actualmente utilizadas na fabricação aditiva são principalmente Al-Si ligas, e as classes de escoamento livre AlSi10Mg e AlSi12 foram amplamente estudados.
No entanto, as ligas de Al-Si são ligas de fundição. Mesmo com um processo aditivo A laser optimizado, os seus a resistência à tração continua a ser difícil de ultrapassar 400 MPa. Esse limite limita a sua utilização em componentes estruturais de suporte de carga onde os requisitos de serviço aeroespacial são mais exigentes-que é precisamente onde o titânio continua a ocupar a posição.
O que a manufatura aditiva deve fornecer
Os componentes aeroespaciais modernos enfrentam uma combinação exigente de requisitos: peso leve, alto desempenho, alta confiabilidade e baixo custo, com projetos estruturais complexos que são muito difíceis de fazer por meios convencionais. A fabricação aditiva a Laser de componentes aeroespaciais típicos à base de alumínio, titânio e níquel aborda essa combinação de duas maneiras ao mesmo tempo:
- Selecção de materiais mudanças para ligas leves e de alto desempenho
- Fabrico move-se para a precisão e a forma quase líquida
A fabricação aditiva integrada de material, estrutura e desempenho é o que permite que a tecnologia seja aplicada aos principais programas de engenharia aeroespacial.
A posição prática para um comprador é a seguinte: a capacidade de alta temperatura do titânio e a resistência à corrosão não podem ser substituídas por outros metais leves, e o seu desempenho de resistência ao peso continua a ser a referência. Em um desenho em que o peso, a temperatura e a confiabilidade se ligam, a escolha do material geralmente se instala no titânio — e a questão se torna a rota de fabricação e não o metal.
FAQ
Perguntas frequentes
Por Que Razão O titânio e o alumínio são tão importantes no fabrico aditivo?
Eles combinam a baixa densidade e a resistência estrutural de que os componentes aeroespaciais e automotivos modernos precisam e podem ser processados por manufatura aditiva a laser. A liga de titânio é cerca de dois terços mais pesada que o alumínio, mas atinge uma determinada resistência com menos material, enquanto o alumínio é o material de peso leve mais comum na construção de veículos.
Se o titânio é mais pesado, porquê optar pelo alumínio?
Porque a força por unidade de peso é o que importa, não apenas o peso. O titânio é cerca de dois terços mais pesado, mas significativamente mais forte, pelo que é necessário menos material. Onde a maior resistência é necessária com baixo peso, o titânio é a melhor escolha — e é por isso que ele vai para implantes médicos, componentes de satélite e hardware do motor.
Como os dois se comparam em termos de custo?
O alumínio é o metal mais rentável para imprimir à máquina ou em 3D. O titânio custa consideravelmente mais, sendo um dos materiais metálicos mais caros. O argumento de compensação é que o combustível economizado por uma aeronave ou nave espacial mais leve produz um grande benefício em serviço e que as peças de titânio duram mais.
E quanto à capacidade de temperatura?
O alumínio é adequado para serviço abaixo de aproximadamente 200 C. A liga de alumínio tem alta condutividade térmica e é usada para dissipadores de calor. O alto ponto de fusão do titânio é adequado para trabalhos de alta temperatura, e os componentes Ti-6Al-4V, como pás de ventiladores e compressores, discos e invólucros, operam até uma faixa de 400-500 C3. Os motores aeronáuticos contêm muitas peças de liga de titânio por esta razão.
Por que o alumínio é difícil de processar por manufatura aditiva a laser?
A sua baixa densidade confere ao pó uma fluidez comparativamente fraca. No SLM, isso significa que o leito de pó é espalhado de forma menos uniforme; no LMD, a continuidade da entrega de pó é menos fiável. Ambos exigem mais precisão e exatidão dos sistemas de recobrimento e alimentação de pó, por isso é uma restrição de capacidade da máquina e não um defeito de material.
Existe um limite de resistência para o alumínio fabricado aditivamente?
Sim. As ligas utilizadas são principalmente ligas de fundição de Al-Si, com AlSi10Mg e AlSi12 amplamente estudados. Mesmo com parâmetros otimizados do processo aditivo a laser, a resistência à tração é difícil de ultrapassar 400 MPa, o que limita o uso em componentes estruturais altamente carregados na indústria aeroespacial.
O titânio é adequado para aplicações eléctricas?
Não. O titânio tem baixa condutividade elétrica e não é uma escolha ideal quando a peça é principalmente um condutor elétrico. As suas vantagens estão na relação resistência / peso, na capacidade para altas temperaturas e na resistência à corrosão, incluindo uma boa resistência a ambientes salinos em utilização marítima.
O que é que a TUOHANG fornece para os programas relacionados com aditivos?
Fornecemos produtos para moinhos de titânio e ligas de titânio e componentes usinados — Barra, placa, tubo, folha, arame, folha, malha e peças forjadas — incluindo o estoque e a geometria usinada que os fluxos de trabalho aditivos exigem, como placa de substrato e peças usinadas acabadas. Enviar a nota, o formulário e o caderno de encargos.
Pergunte sobre a fabricação aditiva
Enviar o desenho com a nota e a especificação aplicável. Vamos confirmar o material formulário, a rota do processo, o plano de inspeção e uma data por escrito com a cotação.