3D-печать титаном: сплавы, требования к принтеру и модели FastForm
Статья для тех, кто хочет печатать титаном или заказать деталь из титана. Какие порошки бывают, чем титан капризнее других металлов и что нужно принтеру и помещению, чтобы с ним работать.
Титан печатают там, где нужна прочность при малом весе и совместимость с тканями организма: имплантаты и абатменты, детали авиации и беспилотников, кронштейны и корпуса, спортивные и гоночные узлы. SLM-принтер строит деталь из титанового порошка слоями 20-150 мкм, и то, что в механообработке уходило в стружку, здесь остаётся порошком и возвращается в работу.
01Какие титановые сплавы печатают
Чистый титан TA1. Технически чистый титан, пластичный, с высокой коррозионной стойкостью. Идёт на медицинские изделия и детали, где важнее биосовместимость, чем прочность.
Ti6Al4V, он же TiAl6V4 или TC4. Основной конструкционный сплав: алюминий и ванадий дают прочность заметно выше чистого титана при той же плотности. Из него печатают имплантаты, авиационные кронштейны, корпуса и всё, что должно держать нагрузку. Требования к напечатанному Ti6Al4V задаёт стандарт ASTM F2924, к медицинской марке с пониженным содержанием примесей Ti6Al4V ELI стандарт ASTM F3001. При заказе деталей под сертификацию порошок и режим печати подбираются под один из них.
TA15, он же Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V. Околоальфа-сплав с цирконием и молибденом вместо части ванадия, разработан для авиации: держит прочность при нагреве лучше Ti6Al4V, но хуже обрабатывается резанием, поэтому печать для него особенно выгодна. Состав по справочнику American Elements. Это не аналог Ti6Al4V, а отдельная марка, их не заменяют друг другом.
Марку титанового порошка подбирают под модель принтера и задачу. Марки, фракции и поставка на странице металлических порошков для SLM. Российские титановые порошки поставляет партнёр FastForm компания VM Powder.
TA1. Технически чистый титан.
Ti6Al4V. Конструкционный титановый сплав.
02Чем титан отличается в работе
Реакция с кислородом. Расплавленный титан жадно захватывает кислород и азот, деталь становится хрупкой. Поэтому печать идёт в инертной атмосфере при остаточном кислороде не выше 100 ppm, это порог всех принтеров FastForm. Выбор защитного газа для титана согласовывается под порошок при комплектации.
Горючий порошок. Титановая пыль воспламеняется от искры и статического разряда, а горящий титан нельзя тушить водой. Отсюда требования к помещению: заземление, взрывозащищённый пылесос, просеивание в инертной среде, огнетушитель класса D. Всё это разобрано в статье о безопасности при 3D-печати металлом.
Внутренние напряжения. Титан при быстром охлаждении расплава накапливает напряжения, деталь после печати ведёт. Платформу с деталями отжигают в муфельной печи до снятия с платформы. Для титана нужна печь с инертной средой, она есть в разделе дополнительного оборудования.
Поддержки и ориентация. Титан хуже отводит тепло, чем сталь, нависающие поверхности требуют больше поддержек. Их расставляет FastLayer, программа идёт в комплекте с принтером.
Смена материала. После титана и перед ним принтер чистится полностью, смешивать порошки нельзя. Если лаборатория печатает и кобальт-хром, и титан, смена материала закладывается в план загрузки.
Печь
Отжиг напечатанных деталей.
Пылесос
Уборка металлического порошка.
Станция просеивания
Просеивание порошка перед повторным использованием.
03Что нужно от принтера
Контроль кислорода с датчиком в камере и автоматической продувкой.
Стабильный лазер и сканатор. Титан чувствителен к колебаниям энергии.
Постоянный фильтр. Конденсат титана в фильтре пирофорен, чем реже фильтр открывают, тем безопаснее. У промышленных моделей постоянный фильтр со сроком службы от 30 000 часов.
Толщина слоя. От 20 мкм для точных медицинских деталей до 150 мкм для крупных корпусов на M220 и старше. DeskFab H1 работает слоем 20-80 мкм.
04Модели FastForm для печати титаном
| Модель | Область построения | Лазеры | Слой | Для чего |
|---|---|---|---|---|
| DeskFab H1 | Ø100×100 мм | 1×500 Вт | 20-80 мкм | абатменты, балки, мелкие детали, лаборатория и учебный класс |
| FastForm M140C | Ø140×100 мм | 1×500 Вт | 20-120 мкм | медицинские изделия и мелкие серии |
| FastForm M220 и M220 Pro | 220×140×100 или 200 мм | 2×500 Вт | 20-150 мкм | серийные детали, кронштейны, корпуса |
| FastForm M300 | 300×300×400 мм | 2 или 4×500 Вт | 20-150 мкм | производство, несколько деталей за цикл |
| FastForm M420Q | 420×380×300 мм | 4 или 6×500 Вт | 20-150 мкм | крупные детали и серии для авиации и машиностроения |
| FastForm M800 | 650×650×800 мм | 6 или 8×500 Вт | 20-150 мкм | крупногабаритные изделия |
Точность по карточкам: ±0,05 мм при длине до 100 мм у DeskFab H1, ±0,1 мм у промышленных моделей. Модели, перечисленные в таблице, работают с чистым титаном и титановыми сплавами.
05Где применяют
Медицина и стоматология. Индивидуальные имплантаты, абатменты, балки, пластины. Пористые структуры под врастание кости печатаются только аддитивно. Подробнее в статье о 3D-печати металлом в стоматологии и на странице ортопедии.
Авиация и беспилотники. Кронштейны, корпуса, элементы крепления с решётчатым заполнением: та же прочность при меньшей массе. Страница аэрокосмической отрасли.
Машиностроение и спорт. Детали, которые из титана фрезеровать дорого из-за стружки: корпуса, переходники, узлы велосипедов и мотоциклов, элементы гоночных машин.
Наука и образование. Настольный DeskFab H1 в учебном классе позволяет отрабатывать режимы печати титана на реальном порошке. Страница образования и НИИ.
06Тестовая печать перед покупкой
Перед покупкой принтера стоит обсудить проверку вашей детали. Подготовьте модель и чертёж, марку титанового сплава, допуски, требования к поверхности и объём партии. Возможность тестовой печати, доступное оборудование, состав постобработки, стоимость и сроки уточняются по конкретной задаче при обращении через форму ниже. Услуга стоматологической печати кобальт-хромом не подтверждает доступность печати титана.
07Частые вопросы
Какой титановый порошок выбрать?
Для нагруженных деталей и имплантатов Ti6Al4V, для изделий, где важнее пластичность и биосовместимость, чистый титан TA1. Фракцию подбирают под принтер и толщину слоя при комплектации.
Нужен ли аргон или достаточно азота?
Для титана выбор защитного газа согласовывается под порошок при комплектации: он влияет и на безопасность, и на свойства детали.
Можно ли печатать титан на настольном принтере?
Да, DeskFab H1 печатает чистый титан и титановые сплавы. Нужны взрывозащищённый пылесос, просеивание в инертной среде и печь с инертной средой.
Обязательна ли термообработка?
Да, платформу с деталями отжигают до снятия, иначе детали поведёт. Для титана печь с инертной средой.
Как хранить титановый порошок?
В закрытой заводской таре, в сухом месте, отдельно от других порошков, воды и окислителей, с подписью марки и партии.
Можно ли заказать печать титаном без покупки принтера?
Возможность изготовления титановой детали без покупки принтера нужно уточнить по вашей модели, сплаву и объёму партии. Передайте требования через форму ниже; доступность оборудования, стоимость, сроки и постобработка согласуются отдельно.
Если нужна тестовая деталь из титана или подбор порошка, оставьте заявку по форме ниже.