การพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไทเทเนียม

สหรัฐอเมริกาได้ทำการวิจัยตั้งแต่เนิ่นๆ ในการเตรียมผลิตภัณฑ์โลหะผสมไทเทเนียมโดยการกดและเผาผงไทเทเนียม Dynamet Technology มุ่งมั่นที่จะผลิตผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปผงไทเทเนียม ดังแสดงในรูปที่ 1 ผลิตภัณฑ์บางอย่างถูกใช้ในขนาดเล็ก ผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมโลหะผสมผงชนิดแรกที่ผลิตโดยบริษัทคือโลหะผสม Ti-6Al-4V ที่ขึ้นรูปล่วงหน้าสำหรับโครงโดมบนขีปนาวุธ Sidewinder ของ Raytheon ต่อมายังได้ผลิตโลหะผสมโลหะผสม Ti-6Al-6V-2Sn สำหรับเหล็กไนอีกด้วย ปลอกหัวรบขีปนาวุธ. เนื่องจากมีส่วนสนับสนุนอย่างมากต่อผลิตภัณฑ์ไทเทเนียม Dynamet Technology จึงกลายเป็นซัพพลายเออร์เพียงรายเดียวของ Boeing ของผลิตภัณฑ์โลหะผสมไทเทเนียมชนิดผง นอกจากนี้ บริษัท American ADMA Products ยังผลิตชิ้นส่วนไทเทเนียมโลหะผสมผงมาตั้งแต่ปี 1985 และผลิตภัณฑ์บางส่วนของบริษัทก็ถูกนำมาใช้ในสาขาการบินและอวกาศ สถาบันวิจัยโลหะนอกกลุ่มเหล็กตะวันตกเฉียงเหนือในประเทศของฉันมีประสบการณ์มากกว่า 30 ปีในการวิจัยและพัฒนาในด้านผงไทเทเนียมที่มีรูปร่างใกล้เคียงกัน ผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมที่มีรูพรุนที่พัฒนาขึ้นได้ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเคมี อาหาร และสาขาอื่นๆ รูปที่ 1(b) แสดงผลลัพธ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมการกรอง แผ่นไทเทเนียมมีรูพรุนชนิดผง

กระบวนการกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP) ถูกคิดค้นโดยสถาบันวิจัย Battelle ในสหรัฐอเมริกาในช่วงทศวรรษ 1950 เทคโนโลยีนี้ใช้ก๊าซเฉื่อยเป็นตัวกลางในการส่งผ่านความดันที่อุณหภูมิ 850-2000 องศาและอุณหภูมิ 100-200 ภายใต้ผลเสริมฤทธิ์กันของความดันอากาศ MPa เทคโนโลยีการอัดและการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงคือ ปัจจุบันเป็นวิธีที่สำคัญที่สุดในการเพิ่มความหนาแน่นของผงไทเทเนียมรูปร่างใกล้เคียงสุทธิและชิ้นส่วนโครงสร้างโลหะผสมไทเทเนียม ผลิตภัณฑ์มีโครงสร้างที่สม่ำเสมอ ไม่มีเนื้อสัมผัส ไม่มีการแบ่งแยก ฯลฯ คุณสมบัติ

การพัฒนาเทคโนโลยีการกดไอโซสแตติกแบบผงโลหะผสมไทเทเนียมในต่างประเทศเริ่มขึ้นในปี ค.ศ. 1850 สถาบันวิจัยโลหะเบาแห่งรัสเซียเป็นแห่งแรกในโลกที่พัฒนากังหันปั๊มไฮโดรเจนโลหะผสมไททาเนียมแบบผงที่มีรูปร่างโดยรวมที่ซับซ้อนในช่วงต้นทศวรรษ 1970 และพัฒนาใน RD- มันถูกนำไปใช้กับเครื่องยนต์ไฮโดรเจน-ออกซิเจน 0120 สหรัฐอเมริกาเริ่มตระหนักถึงการประยุกต์ใช้เชิงพาณิชย์ในด้านการบินและอวกาศเป็นครั้งแรกในทศวรรษ 1990 และค่อยๆ ขยายไปสู่สาขาการบินและอาวุธ เช่น ก้านสูบของเครื่องยนต์ F110 ของ PW, โรเตอร์คอมเพรสเซอร์ของเครื่องยนต์ F107 ของเครื่องยนต์ Tomahawk, ฝาครอบขีปนาวุธ Sidewind, เรือสำราญ F107 ใบพัดเครื่องยนต์ขีปนาวุธ และปลอกหัวรบขีปนาวุธต่อต้านอากาศยาน Stinger เป็นต้น

เทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM) สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีหรือใกล้เคียงกับรูปร่างขั้นสุดท้ายได้โดยตรง หลีกเลี่ยงหรือลดการตัดเฉือน และลดต้นทุนการเตรียมการได้อย่างมาก ดังนั้นเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปด้วยผงจึงเป็นหนึ่งในวิธีการทางเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการเตรียมชิ้นส่วนที่ใช้ไททาเนียมและไททาเนียมอัลลอยด์เป็นชุด ผลิตภัณฑ์ 3C ในการสื่อสารอิเล็กทรอนิกส์ (รวมถึงโทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์สวมใส่อัจฉริยะ กรอบแว่นตา และส่วนประกอบสัญญาณ 5G) เป็นพื้นที่การใช้งานหลักของเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปด้วยผง ซึ่งคิดเป็น 84.2% ในขั้นตอนนี้ ส่วนใหญ่จะใช้วัสดุที่ทำจากเหล็ก และการออกแบบที่มีน้ำหนักเบาและการแสวงหาวัสดุคุณภาพสูงเป็นทิศทางหลักสำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ 3C ในอนาคต โลหะผสมไททาเนียมมีลักษณะความหนาแน่นต่ำ (ความหนาแน่นเพียงครึ่งหนึ่งของวัสดุที่ทำจากเหล็ก) มีความแข็งแรงสูง และทนต่อการกัดกร่อน ซึ่งสามารถตอบสนองการออกแบบวัสดุในอนาคตที่มีน้ำหนักเบาและมีคุณภาพสูง ตามสถิติ ขนาดตลาดของอุตสาหกรรมการฉีดขึ้นรูปไทเทเนียมของจีนสูงถึง 680 ล้านหยวนในปี 2563 จากการลงทุนด้านอุปสงค์และการเติบโตของรายได้ด้านอุปทาน ขนาดของตลาดคาดว่าจะสูงถึง 2 พันล้านหยวนในปี 2569 โดยมีการเติบโตทุกปี อัตรา 20.13%

การผลิตสารเติมแต่ง (AM) เป็นเทคโนโลยีการขึ้นรูปที่สะสมจุด เส้น และพื้นผิวทีละชั้น ไม่ได้รับผลกระทบจากความซับซ้อนของชิ้นส่วน และสามารถดำเนินการออกแบบและผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อนได้โดยอัตโนมัติ รวดเร็วและแม่นยำ เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการผลิตแบบดั้งเดิม การผลิตแบบเติมเนื้อมีข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใครในด้านอิสระในการออกแบบ การขึ้นรูปชิ้นส่วนที่ซับซ้อน และการใช้วัสดุ ทำให้เป็นเทคโนโลยีการผลิตโลหะผสมไทเทเนียมที่มีแนวโน้ม ตามรายงานการวิเคราะห์ของ SmarTech ตลาดการพิมพ์โลหะ 3 มิติทั่วโลกมีมูลค่าถึง 3.3 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2562 ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติ วัสดุ และบริการ และคาดว่าจะมีมูลค่าถึง 11 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2567 โลหะผสมไทเทเนียมเป็นโลหะการพิมพ์ที่สำคัญที่สุด การป้องกันการบินและอวกาศและการทหารเป็นผู้ใช้การผลิตสารเติมแต่งไทเทเนียมรายใหญ่ที่สุด ประสบความสำเร็จในการนำไปใช้ในการขึ้นรูปโดยตรงของส่วนประกอบที่มีความแม่นยำขนาดเล็กของเครื่องยนต์การบินและอวกาศ และส่วนประกอบการบินที่ซับซ้อนขนาดใหญ่ เช่น ระบบปล่อยยานอวกาศ ปีกเครื่องบิน พื้นผิวควบคุมแบบรวมและประตู ใบพัดเครื่องยนต์ และส่วนประกอบสำคัญอื่นๆ ของอุปกรณ์การบินและอวกาศ