金属3dプリント用チタンTi-64, abbreviated as Ti-64, is an aerospace grade titanium alloy widely used for critical additive manufacturing applications across aerospace, medical, automotive and general engineering. This guide provides a technical overview of Ti-64 powder metallurgy including composition, mechanical properties data, AM processing details, post-treatments, applications, cost analysis, product specifications, and comparisons against alternative titanium grades.
Overview of titanium ti-64 for 3d printing metal
Ti-6Al-4V (Grade 5) titanium alloy delivers an optimal balance of strength, fracture toughness and corrosion resistance combined with proven biocompatibility – making it the most ubiquitous material choice for mission-critical 3D printed metal components across industries.
As AM scales from prototyping to series production for flight-ready aerospace components plus patient-specific implants, Ti-64 has become the benchmark powder against which new materials are compared.
It offers:
- 優れた強度対重量比
- High hardness and fracture toughness up to 550 MPa
- Ductility for complex geometries
- 生体適合性と無毒性
- Tested pedigree spanning decades
- Available supply chain and cost-efficiencies
Continue reading for in-depth technical information on powder metallurgy approaches for fabricating 3D printed titanium Ti-64 parts.
Composition and Alloy Design
The titanium Ti-64 alloy comprises predominantly titanium with aluminum and vanadium blending additions:
| エレメント | 重量 % | 役割 |
|---|---|---|
| チタン（Ti） | Balance, ~90% | 耐食性、生体適合性 |
| アルミニウム（Al） | 5.5-6.75% | 固溶体強化剤 |
| バナジウム (V) | 3.5-4.5% | Phase stabilizer |
| 鉄（Fe） | <0.3% | Contaminant |
| 酸素 (O) | <0.2% | Contaminant |
Trace elements like carbon, nitrogen and hydrogen are minimized as they degrade mechanical properties. Iron and oxygen concentrations also kept low.
The aluminium stabilizes the alpha phase while vanadium forms strengthening beta precipitates upon appropriate heat treatment. This dual phaseborgenixation imparts excellent performance.
Key Properties of Ti-64
- 降伏強度： 880 MPa
- 引張強さ： 950 MPa
- Elongation: 14%
- 硬度： 350 Brinell
- Fatigue limit: 500 MPa
- Fracture Toughness: 75 MPa√m
- Shear Strength: 690 MPa
- Young’s Modulus: 115 GPa
- 密度 4.43 g/cc
- 融点: 1604°C
These properties depend strongly on proper heat treatment discussed later. Values also vary slightly between wire-fed vs powder bed AM processes needing parameter adjustments.
金属3dプリント用チタンTi-64 製造
Medical and aerospace applications require tight controls to achieve defect-free builds so powder manufacturing follows strict specifications:
| ステップ | 詳細 |
|---|---|
| Ingot Casting | Triple arc-melted ingot cast with tight chemistry control |
| Remelting | Optional VAR or ESR purification for critical uses |
| ガス噴霧 | High pressure inert argon gas blast forms fine droplets |
| ふるい分け | Multiple classification stages as per particle size distribution (PSD) standards |
| コンディショニング | Desiccation, blending, flow additives |
| 最終テスト | PSD, Hall flow rate, chemical assays, SEM imagery |
| パッケージング | Moisture-proof argon filled cans or bottles |
Salient characteristics:
- Spherical particle morphology with few satellites
- Flowable powder without clumping or caking
- Controlled PSD band with majority distribution between 15 microns to 45 microns
- Chemistries conforming to ASTM F2924 and F3001 grades
- Consistent batches with repeatability data across large production volumes
- Documents traceability to source ingot castings
Such rigorous production control ensures reliable defect-free prints after validated machine parameter adjustments.
Applications of titanium ti-64 for 3d printing metal
The alloy’s biocompatibility plus high strength-to-weight ratio suit numerous critical applications:
航空宇宙
- Structural brackets, bulkheads and landing gear parts
- Turbine blades and impellers
- Aircraft interior components
メディカル＆デンタル
- Orthopedic implants like knee, hip joints and spinal cages
- Dental abutments and bridges
- Surgical instruments requiring sterilization
自動車
- Lightweight pistons, connecting rod
- Luxury and racing car components including valves
化学処理
- Corrosion resistant fluid handling parts like pipes, valves
- Food/pharma compliant filters and housings
3D printed Ti-64 also sees increasing adoption for high value industries like robotics, sporting goods and electronics thermal management leveraging design freedoms.
We next dive deeper into popular powder bed fusion techniques used to process this versatile alloy powder for mission-critical finished components.
Metal 3D Printing Using Titanium Ti-64 Powder
Both laser and electron beam powder bed technologies fuse Ti-64 to full density across a build plate layer-by-layer:
レーザー粉末床融合 (L-PBF)
- Selective laser melting (SLM) and direct metal laser sintering (DMLS)
- Focused high power Yb or Nd:YAG fiber lasers
- Inert argon atmosphere with oxygen levels below 500 ppm
- Real time optical monitoring of melt pools
電子ビーム粉末床融合(E-PBF)
- Powerful 60kV to 150kV electron beam in vacuum
- Ultrafast beam scanning rates above 25,000 mm/sec
- High productivity for smaller components
- Deeper penetration welds titanium more easily
For bigger parts, wire-fed directed energy deposition (DED) methods allow adding material over base structures. Multiple AM approaches enable optimizing mechanicals and surface finish.
メリット
- Complex geometries unsupported in casting or machining
- Reduced lead times and lower costs vs subtractive steps
- Minimal material wastage and buy-to-fly ratios exceeding 90%
- Consistent results across long builds once dialed in
- Design freedom enables performance gains
However to reap these, meticulous pre and post-processing is vital.
Pre and Post Processing Steps
Achieving defect-free builds involves integrated protocols:
Pre-Processing
- Parameter optimization test matrices on dedicated machines
- Monitoring powder conditions and reuse blending ratios
- Initial heat treatments to ensure uniform particle characteristics
- Careful nesting and orienting parts on the build plate
後処理
- Removing parts from plate via wire-EDM / band sawing
- Extensive downstream machining and finishing
- Hot isostatic pressing (HIP) to eliminate internal voids
- Solutionization, aging and stabilization heat treatments
- Final quality assurance validation testing
Such comprehensive processing controls enable tapping the full potential of additive manufacturing using Ti-64 beyond relying solely just on printers.
仕様
Ti-64 alloy batches for medical or aerospace users require certification:
| パラメータ | 代表値 |
|---|---|
| Chemistry per AMS 4928 | 上記の表 |
| 粒度分布 | D10 20μm、D50 35μm、D90 50μm |
| 形態学 | 主に球形＋衛星 |
| 見かけ密度 | 2.7 - 3.2 g/cc |
| タップ密度 | 3.2 - 4.0 g/cc |
| 流量 | 50gで30～35秒、ホールファネル |
| 表面酸素分析 | < 2000ppm未満 |
| 不純物 | Fe < 3000 ppm、H< 100 ppm |
よりタイトなバンドへのカスタムふるい分けは可能ですが、コストが増加します。お客様のAM機のパラメータと適合させ、承認された品質チェックを行うことで、生産ジョブ全体にわたって性能の再現性を保証します。
金属3dプリント用チタンTi-64 可用性とコスト分析
航空宇宙グレードのTi-6Al-4Vは、特殊な溶解、厳格なQC試験、粉末形状エンジニアリングにより、標準的なTiグレードよりもコスト面で割高となっている：
| 製品 | 数量 | 価格帯 |
|---|---|---|
| Ti-64 R&Dパウダー | 0.5 kg | $500+ |
| Ti-64 プロトタイピングパウダー | 10キロ | $150+/kg |
| Ti-64 製造用粉末 | 1000キロ以上 | $50+/kg |
コストは依然として高い方だが、AMがTi-64合金の使用量を拡大し、スケールメリットによる製造の最適化が可能になるにつれて、改善が続いている。少量の研究開発用サンプルはMOQなしで購入できるようになったが、生産には注文予測が必要である。
Ti-64と代替チタン合金の比較
Ti-64が最も広く採用されている一方で、他のグレードもAMの代替オプションとして競合している：
| 合金 | 強さ | 延性 | 耐酸化性 | コスト |
|---|---|---|---|---|
| Ti-64 (Ti-6Al-4V) | 非常に高い | ミディアム | ミディアム | $$$ |
| Ti-5553 (Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr) | 非常に高い | ミディアム | より良い | $$$ |
| Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) | 高い | より高い | グッド | $$ |
| Ti-48Al-2Cr-2Nb (Ti4822) | ミディアム | 脆い | ベスト | $$$$ |
従来のTi-64の主な利点は以下の通りである。:
- 30年以上にわたる実証済みの素材血統
- AM造形におけるより滑らかな表面仕上げ
- 熱処理プロトコルの確立
- 設計認定用許容値データ
- 競争力のある供給ですぐに入手可能
Ti-64の限界:
- 絶対的な最高強度のチタンではない
- 熱酸化に弱い。
- 広範な熱間静水圧プレス（HIP）が必要
このように、それぞれがトレードオフを示し、用途要件に応じた最適なグレードの選択に役立っている。
概要
積層造形は、エンジニアに、レガシー技術とは比較にならない高性能チタンTi-64コンポーネントを設計する前例のない自由を与えます。新たなデジタル機能と、30年以上にわたる航空宇宙および医療への応用で検証された広範な材料データを組み合わせることで、エンジニアは、資格認定リスクを低減しながら、Ti-64の利点を活用した革新的な新しい3Dプリント形状を展開することができます。しかし、この汎用性の高い高強度合金の可能性を最大限に引き出すためには、粉末の製造、保管の取り扱い、金属AM加工、さらに後処理に至るまで、細心の管理が不可欠であることに変わりはありません。
