Технологии холодной металлообработкиСпособствуют внедрению технологий 3D-печати из титановых сплавов CMF 

Новая технология 3D-печати из титанового сплава от EOS

Титан является ключевым материалом для производства насосов и клапанов благодаря своей коррозионной стойкости, легкости, хорошей биосовместимости и исключительной долговечности в химических, санитарных и высоконапорных средах. Конечные эксплуатационные характеристики титановых деталей зависят не только от самого материала, но и от технологического процесса изготовления.

На протяжении десятилетий основными методами производства титановых сплавов былилитье и ковка, а на втором месте — технологии3D-печати, основанные на плавлении с помощью лазера, электрической дуги, электронного пучка и т. д. Сегодня быстро набирает популярность технология непрямой 3D-печати CMF на основе спекания. Ее целевое назначение также совершенно ясно — стать мощной и масштабируемой альтернативой литью титана.

Как же сравнить 3D-печать по технологии CMF и традиционные методы литья? Какой из этих методов превосходит другой с точки зрения эксплуатационных характеристик, стоимости и свободы проектирования? Далее мы проведем подробный анализ.

Проблемы, с которыми сталкивается литье титановых сплавов

Литье титана всегда было чрезвычайно сложной задачей, поскольку при высоких температурах он очень легко вступает в реакцию с кислородом. Это вынуждает литейные предприятия использовать дорогостоящее оборудование для вакуумной или инертной газовой защиты, а также передовые технологии плавки, что значительно увеличивает затраты и сложность технологического процесса. Кроме того, это приводит к ограничению свободы при проектировании деталей. Основные ограничения технологии литья титана заключаются в следующем:

➡️ Сложные конструкции реализовать сложно или невозможно

Титановый расплав обладает очень низкой текучестью, что создает трудности при изготовлении тонкостенных деталей, элементов с малым радиусом кривизны, фасок, внутренних каналов или конструкций с резкими переходами. Среди многочисленных областей применения титановых сплавов значительное место занимают корпуса насосов, однако они обычно содержат изогнутые лопасти рабочего колеса или внутренние диффузоры, а особенности самого титанового расплава могут потребовать перепроектирования деталей или использования многокомпонентных сборочных решений.

➡️ Высокая стоимость пресс-форм и низкая гибкость

Для предотвращения загрязнения при литье титана необходимо использовать формы из материалов с высокой химической стойкостью, что приводит к значительной стоимости форм. Кроме того, конструкции насосов весьма разнообразны, и для каждой из них требуются специальные формы, что существенно ограничивает гибкость производства

➡️ Сложность контроля точности размеров

Титановые сплавы характеризуются высоким коэффициентом теплового расширения и низкой теплопроводностью, что приводит к появлению деформаций в виде коробления у литых изделий; в сочетании с факторами, связанными с точностью пресс-форм, это затрудняет контроль точности, в результате чего обычно требуется последующая механическая обработка.

➡️ Длительный срок поставки

От подготовки заготовок, установки форм, литья, обработки методом HIP, термообработки, механической обработки до контроля качества — каждый этап этого процесса сложнее и трудоемче, чем при обычном литье, и весь цикл может длиться несколько недель или даже месяцев.

➡️ Сложность контроля качества в металлургии

Ввиду высокой вязкости и низкой текучести расплава титана при неравномерном затвердевании очень легко возникают такие дефекты, как внутренние пустоты, что снижает целостность конструкции деталей, ухудшает усталостные характеристики и увеличивает объем работ по контролю и доработке.

Тем не менее, литейный процесс по-прежнему остается приемлемым для производства крупных партий деталей простой конструкции, однако в сфере изготовления деталей из инженерных титановых сплавов его ограничения быстро становятся очевидными.