Titaaniseosten käyttö elektronisuihkusulatuksessa

Abstract

Titaani on hyödyllinen metalli monissa teollisuuden aloissa sen hyvien rakenteellisten ominaisuuksien vuoksi. Sen suuri lujuus verrattuna pieneen tiheyteen mahdollistaa sen käytön massakriittisissä osissa lentokone- ja autoteollisuudessa. Titaani omaa myös hyvän korroosiokestävyyden. Nämä samat ominaisuudet tekevät titaanista vaikean materiaalin työstää, jolloin sen käyttökohteet ovat rajoitetumpia korkeiden valmistuskustannusten takia. Uusilla lisäävän valmistusten menetelmillä voidaan pienentää läpäisyaikaa ja mahdollistaa monimutkaisten osien valmistuksen ja kappaleiden geometrian optimoinnin. Yksi lisäävän valmistuksen menetelmistä titaanille on elektronisuihkusulatus. Suuri hyöty titaanille on menetelmässä käytettävä tyhjiö, joka estää titaania reagoimasta hapen ja muiden epäpuhtauksien kanssa. Sen avulla on myös mahdollisuus valmistaa lujia ja lähes nettomuodon osia moniin teollisuuden tarpeisiin. Eri tutkimuksista saatujen tulosten perusteella elektronisuihkusulatuksella voidaan valmistamaa kappaleita, joiden ominaisuudet vastaavat perinteisten menetelmien kappaleita. Menetelmällä saadut kappaleet omaavat hienorakenteisen mikrorakenteen, mutta ne saattavat kuitenkin tarvita jatkokäsittelyä, kuten pinnan koneistusta ja kuumaisostaattista puristusta, jotta niiden mekaaniset ominaisuudet vastaavat niille asetettuja vaatimuksia. Menetelmälle on käyttöä lentokoneteollisuudessa, joka hyötyy varsinkin menetelmän avulla valmistetuista keveämmistä osista. Myös lääketeollisuus, joka käyttää proteeseissa titaania sen hyvän bioyhteensopivuuden ansioista, voi hyötyä menetelmän suorasta mallinnuksesta ja valmistuksesta.

Titanium is a useful metal in many industries due to its good structural properties. Its high strength compared to its low density allows it to be used in mass-critical parts in the aerospace and automotive industries. Titanium also has good corrosion resistance. These same properties make titanium a difficult material to work on, limiting its applications due to high manufacturing costs. New additive manufacturing techniques can reduce lead times and allow the production of complex parts and the optimisation of part geometries. One of the additive manufacturing methods for titanium is electron beam melting. A major benefit for titanium is the vacuum used in the process, which prevents titanium from reacting with oxygen and other impurities. It also makes it possible to produce high-strength, near-net shape parts for many industrial applications. The results of various studies show that electron beam melting can produce parts with properties comparable to those produced by conventional methods. The parts obtained by this method have a fine microstructure, but may require further processing, such as surface machining and hot isostatic pressing, in order to obtain mechanical properties that meet the required specifications. The method has applications in the aerospace industry, which benefits in particular from the lighter parts produced by the method. The pharmaceutical industry, which uses titanium in prostheses due to its good biocompatibility, can also benefit from direct modelling and manufacturing of the method.