Toepassingsvelde en ontwikkeling van titaniumlegering 3D-drukwerk

Titanium is een van die mees gebruikte metale in additiewe vervaardiging en word gebruik in lugvaart, gewrigsvervanging en chirurgiese gereedskap, ren- en fietsrame, elektronika en ander hoëprestasieprodukte. Titanium en titanium-gebaseerde legerings word deur verskeie industrieë waardeer vir hul hoë meganiese sterkte, hoë sterkte-tot-gewig-verhouding en beter korrosiebestandheid as vlekvrye staal. Die gebruik van hierdie materiaal kan vuurpyle en vliegtuie ligter maak, wat brandstof bespaar en die vragvermoë verhoog. Dit kan ook gebruik word om ligter elektronika soos slimfone en VR-brille te maak, sowel as in mediese inplantings. Boonop, wanneer die inherente eienskappe van titanium gekombineer word met die unieke vermoëns van 3D-drukwerk, sal die voordele selfs meer voor die hand liggend wees. So, wat is die spesifieke gebruike van 3D-gedrukte titanium? Wat is die algemene titanium... Drukkers op die mark?

△3D-gedrukte titaniumonderdele

Heupgewrigte van GE Additive, waaierlemme van Sciaky, vuurpylpunte van Arcam Darker, titaniumroosterkomponente van 3D Systems, titaniumstente van EOS, chirurgiese ruggraatimplantate van Zenith Tecnica

3D-drukwerk maak voorsiening vir meer doeltreffende vervaardiging van titanium terwyl grondstofvermorsing verminder word. As 'n additiewe tegnologie gebruik metaal-3D-drukwerk tipies slegs die materiale wat nodig is om die onderdeel te bou, tesame met 'n relatief klein hoeveelheid ondersteunende strukturele materiaal. 3D-drukwerk maak ook komplekse ontwerpe moontlik, soos interne kanale en hol of roostergevulde dele om gewig te verminder, wat nie met enige ander vervaardigingsmetode moontlik is nie. Omdat daar geen vorms of gereedskap is nie, kan titanium-3D-drukwerk koste-effektief unieke dele skep, soos pasiëntspesifieke inplantings, prototipes en navorsingsinstrumente. Daar is tallose voorbeelde van 3D-drukwerk van titanium om vervaardiging, gesondheidsorg, ruimteverkenning en meer te bevorder.

Gebruike van 3D-drukwerk in titaniumlegering

△In 2023 het Panerai die Submersible S Brabus PAM01283 vrygestel, toegerus met 'n 3D-gedrukte titaniumkas. Die prentjie regs wys dat Holthinrichs Deconstructed die eerste 3D-gedrukte titaniumhorlosie bekendgestel het.

Titanium 3D-drukwerk word reeds wyd gebruik om produkte so uiteenlopend soos mediese toestelle, prestasiefietse, luukse horlosies en verbruikerselektronika te vervaardig, met die hoop om liggewig maar sterk produkte te lewer deur middel van innoverende, dikwels pasgemaakte ontwerpe.

● Presisieprodukte en elektroniese produkte

3D-drukwerk kan baie dunwandige, komplekse titaniumonderdele produseer, wat dikwels gebruik word om horlosiekaste te maak, soos die Panerai- en Holthinrichs-horlosies wat hierbo getoon word. Daar word gesê dat titaniumallooi-horlosiekaste ook 'n komende deel van die Apple Watch Ultra sal wees.

△3D-gedrukte titaniumlegering-skarnierskuifdeksel wat in die 2023 Honor Magic V2-vou-slimfoon gebruik word

In 2023 het slimfoonvervaardiger Honor sy nuwe opvoubare Magic V2 bekendgestel, wat 'n 3D-gedrukte titanium-skarnier-skuifdeksel bevat wat ligter en 150% sterker is as die vorige aluminiumweergawe. Honor het gesê dat hierdie klein titaniumstukkie, wat in tienduisende 3D-gedruk kan word, die sleutel tot die produk se duursaamheid en gladde vou en ontvou is.

● Mediese en tandheelkundige inplantings

△American Orthofix Medical se 3D-gedrukte titanium-inplantaat Construx Mimi Ti Spacer System is in 2021 deur die Amerikaanse FDA goedgekeur.

In die mediese bedryf was 3D-gedrukte titaniumimplantate suksesvol in ruggraat-, heup-, knie- en ledemaattoepassings as gevolg van die metaal se inherente biokompatibiliteit en goeie meganiese eienskappe, tesame met die vermoë om pasgemaakte poreuse strukture in 3D te druk (wat osseo-integrasie moontlik maak) en massa-aanpassing vir beter pasiëntuitkomste. 3D-gedrukte titaniumimplantate kry regulatoriese goedkeuring en vraag. Aangesien die meeste mediese implantate gemaak word om 'n groot aantal mense met dieselfde toestand te dek, is hulle nie vir almal geskik nie. Mense met seldsame siektes word dikwels uitgesluit. Nou, met 3D-drukwerk, is dit moontlik om implantate te vervaardig wat spesifiek vir individuele pasiënte ontwerp is.

In 2023 het 'n chirurg in die VK vier polsoperasies op dieselfde dag uitgevoer, met behulp van pasiëntspesifieke 3D-gedrukte titaniumplate om voorheen gebreekte polsdeformiteite reg te stel. Dr. Akshay Malhotra, konsultant-ortopediese chirurg en kliniese hoof vir hande en polse, het gesê: "Sodra hierdie beplanningsproses voltooi is, word pasgemaakte plate met titaniumpoeier gedruk, dan getoets, na die VK gestuur en by die County Hospital gesteriliseer ter voorbereiding vir chirurgie."

△CoreLink se 3D-gedrukte titaniumskroewe beskik oor 'n poreuse struktuur wat beengroei bevorder, en die FingerKit Consortium se nuwe pasiëntspesifieke titaniumvingergewrigte

Dokters by die Manipal-hospitaal in Indië het 3D-gedrukte titanium gebruik toe hulle 'n kankerpasiënt behandel het wie se gewas sy borskas in 2022 vernietig het. Oor die algemeen sou inplantings van hierdie grootte te swaar wees vir die menslike liggaam om te dra, maar omdat titanium liggewig en baie sterk is, met 'n gewig van minder as 250 gram, is dit ideaal vir die druk van inplantings binne die liggaam. Danksy die sukses van die 3D-gedrukte inplanting het die pasiënt ten volle herstel en kon hy terugkeer na sy normale lewe sonder om op eksterne masjiene staat te maak om hom te help asemhaal.

△Deur titanium 3D-drukwerk kon Angel Cycle Works die gewig van die nuwe Heaven-fiets aansienlik verminder en die ontwerp optimaliseer.

3D-gedrukte titanium is algemeen in vandag se prestasiefietse. Titanium word gebruik in krukas, remhendels, stingels, derailleurhangers en selfs volrame. Titanium is so sterk soos aluminium en so lig soos koolstofvesel, sonder die volhoubaarheidskwessies van koolstofvesel. Fietsvervaardiger Carbon Wasp verduidelik waarom hulle aluminium en koolstofvesel laat vaar ten gunste van die gebruik van 3D-gedrukte titanium om hul nuutste na-mark krukarms te bou. Carbon Wasp het gesê: "Ons het allerhande kreatiewe maniere bedink om die krukas aan die ratkas vas te klem sonder om die koolstofvesel te druk, maar daar was altyd 'n paar metaalinsetsels nodig, en die vasplak van die insetsels aan die koolstofvesel sou probleme veroorsaak. Op die eindelose vrae. Na 'n bietjie prototipering het Carbon Wasp bevind dat 'n 3D-gedrukte roostergevulde titanium krukas net so lig soos koolstof is, maar sterker in baie impak-geneigde areas. Ons dink steeds dat koolstofvesel die beste is vir baie ander gebruike van materiale, insluitend die raam, maar ons werk reeds aan ander titaniumonderdele."

Wat volgraamwerk betref, sê fietsvervaardiger Angel Cycle Works dat hulle 'n volledig titaniumraam in een liggewig-komponent met 3D-drukwerk gedruk het, wat belangrike sekondes van rentye afskeer en nuwe ontwerpgeometrieë moontlik maak. Die nuwe superfiets, genaamd Heaven, is 400 gram ligter as die vorige weergawe. Nog 'n volledig titanium-allooi-raam wat vanjaar deur Pilot bekendgestel is, word Pilot Seiren genoem. Die padfiets se raam is geheel en al met 3D-drukwerk uit titanium gedruk (verdeel in drie dele). Die maatskappy sê dat 3D-drukwerk van titanium hulle toelaat om die fiets volgens die ryer se voorkeur aan te pas, en die raam benodig geen verf of bedekking nie.

△Fietsmaatskappy Mythos bied kliënte 'n reeks 3D-gedrukte titaniumonderdele, insluitend hierdie stuur, terwyl Verve Cycling (regs) nuwe 3D-gedrukte titaniumkrankstelle aanbied.

△GKN Aerospace beplan om 'n nuwe grootskaalse titanium 3D-drukker by sy fabriek in Texas te voeg

△Aangesien NASA slegs een benodig, maak 3D-druk van titaniumkomponente vir die maan-ontplooibare arm meer sin as tradisionele vervaardiging.

● Vervaardiging

Halfgeleiervervaardiger ASML druk nou 3D eerder as om titanium-draerbakvoorvorms (wat in waferproduksie gebruik word) te smee, wat 64% in grondstowwe bespaar en dit vinniger aflewer. Norsk Titanium, 'n metaaladditiewe vervaardigingsmaatskappy wat 'n gerigte energie-afsettingsplatform (DED) gebruik, druk 80 kilogram (ongeveer 176 pond) amper-netto-vormvoorvorms met Ti64 vir gebruik in halfgeleierwaferproduksie.

△3D-gedrukte titanium allooi wielnaafbeugel vervaardig deur die Universiteit van Washington

△Titaanpoeier

Verskeie maatskappye, insluitend Virtual Foundry, bied titaandraad aan vir ekstruder-gebaseerde gesmelte afsettingsmodellering (FDM). Die materiaal bevat metaalpoeier ingebed in PLA en kan gedruk word met FDM-drukkers by ekstrudertemperature bo 205 °C. Na naverwerking en sintering kan hierdie filamente metaalonderdele met 'n metaalinhoud van meer as 90% produseer, wat hulle geskik maak vir prototipering.

△Universiteitsmetaal 3D-druklaboratorium, Washington Joint Center for Earth Abundant Materials Deployment and Research, maak onderdele van titanium

Kortliks, die toekomstige ontwikkeling van 3D-gedrukte titanium is vol hoop en sal 'n groter rol in baie velde speel. Deur voortdurende tegnologiese innovasie en toepassingsuitbreiding sal 3D-gedrukte titanium meer gerieflike, doeltreffende en hoëgehalte metaalonderdele na die samelewing bring.