Overzicht van Inconel 3D-printen
Inconel 3D-printen, ook bekend als additive manufacturing met Inconel-legeringen, verwijst naar de vervaardiging van componenten uit Inconel-metaalpoeders met behulp van 3D-printtechnologieën. Inconel is een familie van op nikkel-chroom gebaseerde superlegeringen die bekend staan om hun hoge sterkte, corrosieweerstand en hittebestendige eigenschappen. Enkele van de belangrijkste kenmerken van Inconel 3D-printen zijn:
- Maakt de fabricage mogelijk van complexe, lichtgewicht geometrieën die niet mogelijk zijn met conventionele productie
- Goede mechanische eigenschappen en materiaalprestaties vergelijkbaar met gesmede Inconel-onderdelen
- Onderdelen kunnen op aanvraag worden geprint zonder dat er matrijzen, mallen of speciaal gereedschap nodig zijn
- Verminderde doorlooptijd en kosten voor productie van kleine series
- Mogelijkheid om geoptimaliseerde vormen en ontwerpen te creëren door topologie-optimalisatie
- Een breed scala aan industrieën die Inconel 3D-printonderdelen gebruiken, zijn onder meer de lucht- en ruimtevaart, de automobielsector, de olie- en gassector, de medische sector en chemische verwerking
Enkele voordelen en beperkingen van Inconel 3D-printen waarmee u rekening moet houden:
Voordelen van Inconel 3D-printen
- Complexe geometrieën en lichtgewicht structuren
- Aangepaste, geoptimaliseerde ontwerpen
- Minder afval – gebruik alleen de benodigde hoeveelheid materiaal
- Kortere doorlooptijden, lagere kosten voor kleine batches
- Gemakkelijk om ontwerpwijzigingen en iteraties aan te brengen
- Geconsolideerde assemblages en een lager aantal onderdelen
- Koop onderdelen op aanvraag zonder minimale bestelhoeveelheden
Beperkingen van Inconel 3D-printen
- Hogere kosten voor grote productievolumes
- Lagere bouwsnelheden dan andere metalen zoals roestvrij staal
- Nabewerking kan nodig zijn om de gewenste oppervlakteafwerking te bereiken
- Anisotrope materiaaleigenschappen
- Kwalificatie- en certificeringsvereisten in gereguleerde industrieën
- Beperkt aantal gekwalificeerde Inconel-legeringen voor 3D-printen
Soorten Inconel-legeringen die worden gebruikt bij 3D-printen
Er zijn verschillende Inconel-superlegeringen ontwikkeld voor gebruik in 3D-printprocessen. De meest gebruikte Inconel-legeringen zijn:
| Inconel-legering | Belangrijkste kenmerken |
|---|---|
| Inconel 718 | Uitstekende sterkte en corrosiebestendigheid tot 700°C. Meest populair voor lucht- en ruimtevaartcomponenten. |
| Inconel 625 | Uitstekende corrosieweerstand, goede lasbaarheid en sterkte tot 980°C. Gebruikt voor chemische verwerking, maritieme toepassingen. |
| Inconel 825 | Goede oxidatie- en corrosieweerstand. Gebruikt voor olie- en gascomponenten, energiecentrales. |
| Inconel 939 | Hoge sterkte nikkellegering, stabiel tot 1095°C. Gebruikt voor gasturbinemotoronderdelen. |
Andere Inconel-legeringen met potentieel voor 3D-printen:
- Inconel X-750
- Inconel 909
- Inconel 939ER
3D-printprocessen voor Inconel
Er worden verschillende additieve productieprocessen gebruikt voor het printen van Inconel-superlegeringen:
| Proces | Hoe het werkt | Voordelen | Beperkingen |
|---|---|---|---|
| Poederbedfusie – Laser | Laser smelt selectief poederlagen | Goede nauwkeurigheid, oppervlakteafwerking | Relatief langzaam |
| Poederbedfusie – elektronenbundel | Elektronenbundel smelt poederlagen | Hogere bouwsnelheden dan laser | Vereiste van vacuümkamer |
| Gerichte energiedepositie (DED) | Gerichte thermische energiebron smelt metaalpoeder of draadmateriaal tijdens afzetting | Kan onderdelen repareren en coaten door materiaal toe te voegen | Ruwe oppervlakteafwerking, nabewerking vereist |
| Binder jetting | Vloeibaar bindmiddel verbindt poederdeeltjes selectief | Relatief snel, lage kosten | Lagere dichtheid en sterkte, infiltratie vereist |
Belangrijkste procesparameters: Laservermogen, scansnelheid, arceringsafstand, laagdikte, bouworiëntatie, ondersteunende structuren, voorverwarmingstemperatuur en nabewerkingsstappen. Procesparameters moeten voor elke Inconel-legering worden geoptimaliseerd om de gewenste eigenschappen te verkrijgen.
Toepassingen van Inconel 3D-printen
Belangrijke industrieën die additief vervaardigde Inconel-onderdelen gebruiken en hun toepassingen:
| Industrie | typische applicaties |
|---|---|
| Lucht- en ruimtevaart | Turbinebladen, waaiers, verbrandingskamervoeringen, kleppen, behuizingen, beugels |
| Olie en gas | Gereedschappen voor in het boorgat, kleppen, putmondcomponenten, pijpfittingen |
| Stroomopwekking | Warmtewisselaars, turbinebladen, behuizingen, bevestigingsmiddelen |
| Automobiel | Turbocompressorhuizen, motorkleppen, uitlaatcomponenten |
| Chemische verwerking | Interne onderdelen van procesvaten, onderdelen van warmtewisselaars, kleppen, pompen |
| Medisch | Tandimplantaten, protheses, chirurgische instrumenten |
De unieke mogelijkheden van 3D-printen maken het geschikt voor het vervaardigen van complexe Inconel-onderdelen met geoptimaliseerde vormen en ontwerpen. Lichtgewicht van componenten kan worden bereikt.
Specificaties voor Inconel 3D-geprinte onderdelen
Belangrijke parameters en specificaties waarmee u rekening moet houden voor Inconel 3D-geprinte onderdelen:
| Parameter | Typisch bereik/waarden |
|---|---|
| Dimensionale nauwkeurigheid | ± 0,1-0,2% of ± 50 μm |
| Oppervlakteruwheid (Ra) | Zoals gedrukt: 8-15 μm <br> Nabewerkt: 1-4 μm |
| Porositeit | 0,5-2% voor laser-PBF <br> 5-10% voor het uitspuiten van bindmiddel vóór infiltratie |
| Wanddikte | Minimaal 0,3-0,5 mm |
| Mechanische eigenschappen | Sterkte binnen 15% van gesmeed materiaal <br> Verlenging 10-35% |
| Bedrijfstemperaturen | Tot 700°C voor Inconel 718 <br> Meer dan 1000°C voor Inconel 939 |
Kritische ontwerpprincipes voor Inconel 3D-printen:
- Minimale wanddikte voor zelfdragende elementen
- Voor schuine oppervlakken groter dan 45 graden kan ondersteuning nodig zijn
- Royale afrondingsradii aanbevolen voor complexe geometrieën
Naverwerkingsmethoden voor inconel-gedrukte onderdelen
Veel voorkomende nabewerkingsstappen voor gedrukte Inconel-onderdelen:
- Verwijderen van bouwplaat: Snijden, draadvonken
- Ondersteuning verwijderen: Mechanische verwijdering, thermische spanningsverlichting, chemische oplossing
- Stress verlichtend: Warmtebehandeling onder de oplossingstemperatuur om restspanningen te verwijderen
- Oppervlakteafwerking: Bewerking, slijpen, polijsten, abrasieve stroombewerking, trilafwerking
- Heet isostatisch persen (HIP): Past warmte en isostatische druk toe om interne holtes te sluiten en de materiaaleigenschappen te verbeteren
Nabewerking is van cruciaal belang voor het verbeteren van de kwaliteit en prestaties van het uiteindelijke onderdeel. De gebruikte methoden zijn afhankelijk van de toepassingsvereisten.
Ontwerpprincipes en aanbevelingen
Belangrijke ontwerpaanbevelingen voor het optimaliseren van Inconel 3D-geprinte onderdelen:
- Minimaliseer overhangende elementen die ondersteuning nodig hebben
- Oriënteer onderdelen om steunstructuren te verkleinen
- Vermijd dunne uitstekende delen die gevoelig zijn voor vervorming
- Gebruik royale interne stralen om spanningen te verlichten
- Houd rekening met thermische uitzetting in ontwerpen – Inconel heeft een thermische uitzettingscoëfficiënt van 13 x 10 -6 m/m°C
- Houd rekening met anisotrope materiaaleigenschappen op basis van bouworiëntatie
- Ontwerp geschikte datums, toleranties en oppervlakteafwerkingen voor nabewerking
- Simuleer constructies en thermische spanningen met behulp van CAE-tools voordat u gaat printen
Het uitvoeren van topologie-optimalisatie en het herontwerpen van onderdelen specifiek voor 3D-printen leidt tot maximale voordelen in termen van gewichtsbesparing, prestatieverbeteringen en kostenreductie.
Leveranciers voor Inconel 3D-printdiensten
Veel servicebureaus bieden Inconel 3D-printdiensten aan met behulp van verschillende processen:
| Bedrijf | Processen | Inconel-kwaliteiten | Industrieën bediend |
|---|---|---|---|
| Materialiseren | Laser-PBF, binder-jetting | 718, 625, 800 | Lucht- en ruimtevaart, automobielsector, algemene industrie |
| 3D-systemen | Laser-PBF, DED | 718, 625, 939 | Olie en gas, ruimtevaart, automobielsector |
| GE-additief | Laser-PBF, binder-jetting | 718, 625, 800H, 939 | Lucht- en ruimtevaart, olie en gas, energieopwekking |
| Voestalpine | Laser-PBF, DED | 718, 625, 800H | Lucht- en ruimtevaart, olie en gas, automobielsector |
| Hoganas | Binder jetting | 718, 625 | Lucht- en ruimtevaart, automobielsector, algemene industrie |
Veel printer-OEM's bieden ook Inconel-afdrukservices aan, waaronder EOS, Velo3D, SLM Solutions, Renishaw en AddUp. Zowel laser-PBF- als DED-processen zijn algemeen beschikbaar.
Kostenanalyse voor Inconel 3D-printen
| Proces | Bouwsnelheid | Onderdeelgrootte | Doorlooptijd | Kosten per onderdeel |
|---|---|---|---|---|
| Laser-PBF | 5-15 cm3/uur | 50 cm3 | 1-2 weken | $250-$1000 |
| DED | 25-100 cm3/uur | 500 cm3 | 1 week | $100-$500 |
| Binder jetting | 20-50 cm3/uur | 1000 cm3 | 1 week | $50-$200 |
De kosten variëren op basis van:
- Onderdeelgrootte, complexiteit van de geometrie, productievolumes
- Materiaalkosten – Inconel-poeder is duur
- Arbeid voor ontwerp, nabewerkingsstappen
- Kwalificatie- en certificeringsvereisten
Voor prototyping en kleine productievolumes is 3D-printen Inconel zeer kosteneffectief in vergelijking met verspanen of gieten. DED is het meest economische proces.
Hoe u een leverancier selecteert voor Inconel 3D-printen
Belangrijke overwegingen bij het selecteren van een leverancier voor Inconel 3D-printdiensten:
- Ervaring: Aantal jaren gewerkt met Inconel-legeringen, bediende industrieën, casestudies
- Technische mogelijkheden: Processen aangeboden, Inconel-kwaliteiten afgedrukt, limieten voor onderdeelgroottes, secundaire bewerkingen
- Kwaliteitscertificeringen: ISO 9001, AS9100 en Nadcap-goedkeuringen demonstreren kwaliteitsmanagement
- Onderdeelvalidatie: Materiaaltesten, procesvalidatie, kwaliteitscontroles uitgevoerd
- Nabewerking: Stressverlichtend, heet isostatisch persen, machinale bewerking en afwerking
- Doorlooptijden: Het snel kunnen leveren van onderdelen is essentieel
- Klantenondersteuning: Ontwerp voor AM-geleiding, topologie-optimalisatie, printbewaking, onderdeelinspecties
- Kosten: Druk- en materiaalkosten, arbeidskosten, volumekortingen, certificeringen
Neem contact op met meerdere leveranciers, vergelijk mogelijkheden, vraag testcoupons aan om leveranciers te kwalificeren voordat u begint met de volledige productie met Inconel 3D-printen.
Voordelen versus nadelen van Inconel 3D-printen
| Voordelen | Nadelen |
|---|---|
| Complexe geometrieën zijn niet mogelijk met andere processen | Relatief hoge materiaalkosten voor Inconel-poeder |
| Lichtgewicht en optimalisatie van ontwerpen | Lagere maatnauwkeurigheid en hogere oppervlakteruwheid dan machinaal bewerken |
| Consolidatie van onderdelen en verminderde assemblages | Beperkt aantal gekwalificeerde Inconel-kwaliteiten |
| Verminderde doorlooptijden en kosten voor productie in kleine volumes | Nabewerking is vaak nodig om de gewenste materiaaleigenschappen te bereiken |
| Minimale materiaalverspilling | Anisotrope materiaaleigenschappen |
| Productie op aanvraag, geen minimale bestelhoeveelheden | Kwalificatie- en certificeringsvereisten in gereguleerde industrieën |
| Ontwerpen zijn eenvoudig aan te passen en te herhalen | Thermische spanningen kunnen vervormingen van onderdelen veroorzaken |
De rol van Inconel 3D-printen in de productie
Belangrijke rollen die Inconel 3D-printen vervult in de productie:
- Prototypeproductie: Snelle en goedkope prototyping van Inconel-componenten voor ontwerpverificatie
- Brug gereedschap: Snel produceren van mallen, armaturen en mallen tijdens de overgang van prototyping naar volledige productie
- Deelconsolidatie: Herontwerp van assemblages en consolidatie van onderdelen voor minder gewicht en kosten
- Massa-aanpassing: Het faciliteren van gepersonaliseerde Inconel onderdelen afgestemd op de wensen van de klant
- Reserveonderdelen: On-demand productie van vervangende onderdelen indien nodig in plaats van batchproductie en voorraden
- Flexibiliteit van de toeleveringsketen: Maakt het mogelijk om de productie eenvoudig over locaties te verplaatsen en verstoringen van de toeleveringsketen te beperken
- Korte runs: Economische productie van kleine batches Inconel-onderdelen in kleine volumes
De unieke mogelijkheden van additive manufacturing maken het een waardevolle aanvulling op conventionele productieprocessen voor het vervaardigen van complexe Inconel-componenten.
De toekomst van Inconel 3D-printen
Er wordt verwacht dat Inconel 3D-printen de komende jaren aanzienlijk zal groeien, gedreven door:
- Ontwikkeling van nieuwe Inconel-superlegeringen geoptimaliseerd voor AM-processen
- Verbeterde printers met hogere niveaus van automatisering en herhaalbaarheid
- Hogere bouwsnelheden en hogere productiedoorvoer
- Uitgebreide mogelijkheden voor onderdeelgrootte
- Hybride productie waarbij AM en subtractieve processen worden gecombineerd
- Softwareverbeteringen die optimalisatie van ondersteunende structuren mogelijk maken
- Verhoogde adoptie in sterk gereguleerde sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart en de medische sector
- Toepassingen in opkomende gebieden zoals gereedschappen, mallen, mallen en armaturen
- Gebruik van AM voor onderdeelreparaties en aftermarket-services
Naarmate de technologie verder rijpt, zal Inconel 3D-printen mainstream worden in meer industrieën vanwege het vermogen om hoogwaardige metalen onderdelen op aanvraag te produceren.
FAQ
Vraag: Wat zijn de verschillende soorten Inconel-legeringen die worden gebruikt bij 3D-printen?
A: De meest voorkomende Inconel-legeringen die bij 3D-printen worden gebruikt, zijn Inconel 718, 625, 800 en 939. Elke legering heeft specifieke temperatuur-, corrosie- en oxidatieweerstandseigenschappen die geschikt zijn voor verschillende toepassingen.
Vraag: Hoe verhouden de mechanische eigenschappen van 3D-geprinte Inconel zich tot die van bewerkte Inconel-onderdelen?
A: Wanneer geoptimaliseerde procesparameters worden gebruikt, vertonen 3D-geprinte Inconel-componenten een treksterkte binnen 15% van gesmeed materiaal. De ductiliteit in termen van rek bij breuk is echter lager voor AM Inconel-onderdelen, in het bereik van 10-35% versus 40-50% voor gesmeed materiaal.
Vraag: Welke nabewerkingsmethoden worden gebruikt op Inconel 3D-geprinte onderdelen?
A: Veel voorkomende nabewerkingsstappen zijn het verwijderen van ondersteuningen, spanningsverlichtende warmtebehandeling, heet isostatisch persen (HIP), machinaal bewerken, slijpen, polijsten en andere afwerkingsprocessen. Dit helpt de oppervlakteafwerking, maatnauwkeurigheid en materiaaleigenschappen te verbeteren.
Vraag: Vereist Inconel 3D-printen speciale apparatuur of infrastructuur?
A: Voor het printen van Inconel-legeringen zijn gespecialiseerde printers voor poederbedfusie of gerichte energiedepositie nodig, uitgerust met inerte gaskamers, krachtige lasers of elektronenstralen en vacuümsystemen. Het hanteren van fijn Inconel-poeder vereist ook speciale voorzorgsmaatregelen en procedures.
Vraag: Wat zijn enkele voorbeelden van industrieën die Inconel 3D-printen gebruiken?
A: Belangrijke industrieën die Inconel 3D-printen gebruiken, zijn onder meer de lucht- en ruimtevaart, de olie- en gassector, de energieopwekking, de chemische verwerking, de automobielsector en de medische sector. Onderdelen zoals turbinebladen, warmtewisselaarcomponenten, kleppen en prothesen worden gewoonlijk 3D-geprint in Inconel.
Vraag: Is het haalbaar om grote Inconel-onderdelen in 3D te printen?
A: Hoewel de afmetingen steeds groter worden, hebben de meeste Inconel 3D-geprinte onderdelen momenteel een volume van minder dan 1 kubieke voet. Voor zeer grote onderdelen biedt gerichte energiedepositie (DED) een grotere flexibiliteit in de bouwgrootte dan poederbedfusieprocessen. Hybride productie die AM en subtractieve processen combineert, maakt ook grotere Inconel-onderdelen mogelijk.
Vraag: Vereist Inconel 3D-printen speciale ontwerpoverwegingen?
A: Belangrijke ontwerpprincipes zijn onder meer het minimaliseren van uitsteeklengtes, het toestaan van thermische spanningen, het gebruik van de juiste toleranties en oppervlakteafwerkingen, en het optimaal oriënteren van onderdelen om ondersteuning te verminderen. Optimalisatie en herontwerp van topologie voor AM leidt tot maximale voordelen.
Vraag: Wat zijn de belangrijkste voordelen van Inconel 3D-printen?
A: De belangrijkste voordelen van Inconel 3D-printen zijn de mogelijkheid om complexe geometrieën te produceren die niet mogelijk zijn met gieten of smeden, kortere doorlooptijden en kosten voor productie in kleine volumes, geoptimaliseerde lichtgewicht ontwerpen, consolidatie van onderdelen en on-demand productiemogelijkheden.
Vraag: Hoe verhouden de kosten van Inconel 3D-printen zich tot andere metalen AM-processen?
A: Inconel-poeders zijn duurder dan andere metalen zoals roestvrij staal en titanium. Gecombineerd met uitdagende printparameters maakt dit Inconel 3D-printen per onderdeel duurder in vergelijking met het printen van staal of titaniumlegeringen.
