Галіны прымянення і распрацоўка 3D-друку з тытанавых сплаваў

Тытан — адзін з найбольш распаўсюджаных металаў у адытыўнай вытворчасці, які выкарыстоўваецца ў аэракасмічнай прамысловасці, для замены суставаў і хірургічных інструментаў, для гоначных і веласіпедных рам, электроніцы і іншых высокапрадукцыйных вырабах. Тытан і сплавы на аснове тытана цэняцца ў розных галінах прамысловасці за іх высокую механічную трываласць, высокае суадносіны трываласці да вагі і лепшую каразійную ўстойлівасць у параўнанні з нержавеючай сталі. Выкарыстанне гэтага матэрыялу можа зрабіць ракеты і самалёты лягчэйшымі, тым самым эканомячы паліва і павялічваючы карысную нагрузку. Яго таксама можна выкарыстоўваць для вырабу больш лёгкай электронікі, такой як смартфоны і акуляры віртуальнай рэальнасці, а таксама ў медыцынскіх імплантатах. Больш за тое, калі ўласцівасці тытана спалучаюцца з унікальнымі магчымасцямі 3D-друку, перавагі будуць яшчэ больш відавочнымі. Дык якія канкрэтныя сферы прымянення тытана, надрукаванага на 3D-друку? Якія распаўсюджаныя тытаны? Прынтарёсць на рынку?

△Тытанавыя дэталі, надрукаваныя на 3D-прынтары

Тазасцегнавыя суставы ад GE Additive, лопасці вентылятара ад Sciaky, наканечнікі ракет ад Arcam Darker, тытанавыя кампаненты рашоткі ад 3D Systems, тытанавыя стэнты ад EOS, хірургічныя спінальныя імплантаты ад Zenith Tecnica

3D-друк дазваляе больш эфектыўна вырабляць тытан, адначасова скарачаючы адходы сыравіны. Як адытыўная тэхналогія, 3D-друк металам звычайна выкарыстоўвае толькі матэрыялы, неабходныя для вырабу дэталі, разам з адносна невялікай колькасцю апорнага канструкцыйнага матэрыялу. 3D-друк таксама дазваляе ствараць складаныя канструкцыі, такія як унутраныя каналы і полыя або запоўненыя рашоткамі дэталі, для зніжэння вагі, што немагчыма пры выкарыстанні любога іншага метаду вытворчасці. Паколькі няма формаў або інструментаў, 3D-друк тытана можа эканамічна эфектыўна ствараць унікальныя дэталі, такія як імплантаты для канкрэтных пацыентаў, прататыпы і даследчыя інструменты. Існуе мноства прыкладаў выкарыстання 3D-друку тытана для развіцця вытворчасці, аховы здароўя, даследаванняў космасу і іншага.

Выкарыстанне тытанавых сплаваў у 3D-друку

△У 2023 годзе кампанія Panerai выпусціла Submersible S Brabus PAM01283 з тытанавым корпусам, надрукаваным на 3D-прынтары. На малюнку справа паказана, што Holthinrichs Deconstructed выпусціла першы тытанавы гадзіннік, надрукаваны на 3D-прынтары.

Тытанавы 3D-друк ужо шырока выкарыстоўваецца для вытворчасці такіх разнастайных прадуктаў, як медыцынскія прылады, ровары высокай прадукцыйнасці, раскошныя гадзіннікі і бытавая электроніка, з надзеяй на стварэнне лёгкіх, але трывалых прадуктаў з дапамогай інавацыйных, часта нестандартных дызайнаў.

● Высокадакладныя вырабы і электронныя вырабы

3D-друк дазваляе вырабляць вельмі тонкасценныя, складаныя тытанавыя дэталі, якія часта выкарыстоўваюцца для вырабу корпусаў гадзіннікаў, такіх як гадзіннікі Panerai і Holthinrichs, паказаныя вышэй. Кажуць, што корпусы гадзіннікаў з тытанавага сплаву таксама стануць будучай часткай Apple Watch Ultra.

△Надрукаваная на 3D-прынтары тытанавая крышка зруху завесаў, якая выкарыстоўваецца ў складаным смартфоне Honor Magic V2 2023 года

У 2023 годзе вытворца смартфонаў Honor выпусціў свой новы складаны Magic V2, які мае тытанава-зашпільную вечка пераключэння перадач, надрукаваную на 3D-прынтары, якая лягчэйшая і на 150% мацнейшая за папярэднюю алюмініевую версію. Honor заявіла, што гэтая невялікая тытанавая дэталь, якую можна надрукаваць на 3D-прынтары ў дзесятках тысяч асобнікаў, з'яўляецца ключом да трываласці прадукту і яго плаўнага складання і раскладання.

● Медыцынскія і стаматалагічныя імплантаты

Тытанавы імплантат Construx Mimi Ti Spacer System ад American Orthofix Medical, надрукаваны на 3D-прынтары, быў ухвалены Упраўленнем па кантролі за харчовымі прадуктамі і лекамі ЗША ў 2021 годзе.

У медыцынскай прамысловасці тытанавыя імплантаты, надрукаваныя на 3D-друку, паспяхова выкарыстоўваюцца ў лячэнні хрыбетніка, сцёгнаў, каленяў і канечнасцяў дзякуючы ўласцівай металу біясумяшчальнасці і добрым механічным уласцівасцям, а таксама магчымасці стварэння на 3D-друку індывідуальных порыстых структур (што дазваляе дасягнуць асеаінтэграцыі) і масавай кастомізацыі для лепшых вынікаў лячэння пацыентаў. Тытанавыя імплантаты, надрукаваныя на 3D-друку, атрымліваюць усё большае адабрэнне і попыт на іх. Паколькі большасць медыцынскіх імплантатаў прызначаны для вялікай колькасці людзей з аднолькавым захворваннем, яны падыходзяць не ўсім. Людзі з рэдкімі захворваннямі часта выключаюцца. Цяпер, дзякуючы 3D-друку, стала магчымым вырабляць імплантаты, спецыяльна распрацаваныя для асобных пацыентаў.

У 2023 годзе хірург у Вялікабрытаніі правёў чатыры аперацыі на запясці ў адзін дзень, выкарыстоўваючы тытанавыя пласціны, надрукаваныя на 3D-прынтары для пацыента, для карэкцыі раней пераломных дэфармацый запясця. Доктар Акшай Малхотра, кансультант-хірург-артапед і клінічны кіраўнік па кісцях і запясцях, сказаў: «Пасля завяршэння гэтага працэсу планавання пласціны па індывідуальным заказе друкуюцца з выкарыстаннем тытанавага парашка, затым тэстуюцца, адпраўляюцца ў Вялікабрытанію і стэрылізуюцца ў акруговай бальніцы ў рамках падрыхтоўкі да аперацыі».

△Тытанавыя шрубы CoreLink, надрукаваныя на 3D-прынтары, маюць сітаватую структуру, якая спрыяе росту костак, а новыя тытанавыя суставы пальцаў FingerKit Consortium, распрацаваныя для пацыентаў, — гэта

У 2022 годзе лекары бальніцы Маніпал у Індыі выкарысталі тытан, надрукаваны на 3D-прынтары, падчас лячэння пацыента з ракам, пухліна якога разбурала грудную клетку. У цэлым, імплантаты такога памеру былі б занадта цяжкімі для чалавечага цела, але, паколькі тытан лёгкі і вельмі трывалы, вагой менш за 250 грамаў, ён ідэальна падыходзіць для друку імплантатаў унутры цела. Дзякуючы поспеху імплантата, надрукаванага на 3D-прынтары, пацыент цалкам ачуняў і змог вярнуцца да звычайнага жыцця, не спадзяючыся на знешнія прыборы, якія дапамагалі яму дыхаць.

Дзякуючы тытанаваму 3D-друку, кампанія Angel Cycle Works змагла значна знізіць вагу і аптымізаваць канструкцыю новага ровара Heaven.

Тытан, надрукаваны на 3D-прынтары, распаўсюджаны ў сучасных веласіпедах высокай прадукцыйнасці. Тытан выкарыстоўваецца ў шатунах, тармазных рычагах, вынасах, мацаваннях перамыкачоў хуткасцей і нават у поўных рамах. Тытан такі ж трывалы, як алюміній, і лёгкі, як вугляроднае валакно, але без праблем з устойлівасцю, якія ўзнікаюць пры нанясенні вугляроднага валакна. Вытворца ровараў Carbon Wasp тлумачыць, чаму ён адмаўляецца ад алюмінію і вугляроднага валакна на карысць выкарыстання тытана, надрукаванага на 3D-прынтары, для стварэння сваіх найноўшых шатуноў запчастак. Carbon Wasp сказаў: «Мы прыдумалі ўсе віды крэатыўных спосабаў заціскання шатуна да вала каробкі перадач, не сціскаючы вугляроднае валакно, але заўсёды патрабаваліся металічныя ўстаўкі, і прыклейванне ўставак да вугляроднага валакна стварала праблемы. Да бясконцых пытанняў. Пасля стварэння прататыпаў Carbon Wasp выявіла, што тытанавы шатун з рашоткамі, надрукаваны на 3D-прынтары, такі ж лёгкі, як вугляродны, але больш трывалы ў месцах, якія вельмі схільныя да ўдараў. Мы ўсё яшчэ лічым, што вугляроднае валакно лепш за ўсё падыходзіць для многіх іншых матэрыялаў, у тым ліку для рамы, але мы ўжо працуем над іншымі тытанавымі дэталямі».

Калі казаць пра поўныя рамы, вытворца ровараў Angel Cycle Works заяўляе, што яны надрукавалі цалкам тытанавую раму з аднаго лёгкага кампанента з дапамогай 3D-друку, што дазваляе скараціць час гонкі на важныя секунды і дазволіць выкарыстоўваць новыя геаметрычныя элементы дызайну. Новы супербайк пад назвай Heaven на 400 грамаў лягчэйшы за папярэднюю версію. Яшчэ адна цалкам тытанавая рама, выпушчаная Pilot у гэтым годзе, называецца Pilot Seiren. Рама шашэйнага ровара цалкам надрукавана з тытана, надрукаванага на 3D-друку (падзелена на тры часткі). Кампанія сцвярджае, што 3D-друк тытана дазваляе наладзіць ровар у адпаведнасці з перавагамі веласіпедыста, і рама не патрабуе ніякай фарбы або пакрыцця.

△Веласіпедная кампанія Mythos прапануе кліентам шэраг тытанавых дэталяў, надрукаваных на 3D-прынтары, у тым ліку гэтыя рулі, а Verve Cycling (справа) прапануе новыя тытанавыя шатуны, надрукаваныя на 3D-прынтары.

GKN Aerospace плануе ўсталяваць новы буйнамаштабны тытанавы 3D-прынтар на сваім заводзе ў Тэхасе

Паколькі NASA патрэбен толькі адзін, 3D-друк тытанавых кампанентаў для разгортваемай месяцовай рукі мае больш сэнсу, чым традыцыйная вытворчасць.

● Вытворчасць

Вытворца паўправадніковых прылад ASML цяпер выкарыстоўвае 3D-друк замест коўкі тытанавых загатоўкі для паддонаў (якія выкарыстоўваюцца ў вытворчасці пласцін), што дазваляе зэканоміць 64% сыравіны і паскорыць пастаўкі. Norsk Titanium, кампанія па адытыўнай вытворчасці металаў з выкарыстаннем платформы накіраванага нанясення энергіі (DED), друкуе 80 кілаграмаў (прыблізна 176 фунтаў) загатовак амаль поўнай формы з Ti64 для выкарыстання ў вытворчасці паўправадніковых пласцін.

△Кранштэйны ступіцы кола з тытанавага сплаву, надрукаваны на 3D-прынтары, выраблены Вашынгтонскім універсітэтам

△Тытанавы парашок

Некалькі кампаній, у тым ліку Virtual Foundry, прапануюць тытанавы дрот для мадэлявання метадам расплаўленага напылення (FDM) на аснове экструдара. Матэрыял утрымлівае металічны парашок, убудаваны ў PLA, і можа быць надрукаваны з дапамогай FDM-прынтараў пры тэмпературы экструдара вышэй за 205 °C. Пасля пасляапрацоўкі і спякання гэтыя ніткі могуць вырабляць металічныя дэталі з утрыманнем металу больш за 90%, што робіць іх прыдатнымі для прататыпавання.

△Універсітэцкая лабараторыя 3D-друку металам, Вашынгтонскі сумесны цэнтр па разгортванні і даследаванні багатых на Зямлю матэрыялаў, вырабляе дэталі з тытана

Карацей кажучы, далейшае развіццё тытана, надрукаванага метадам 3D-друку, поўнае надзей і будзе адыгрываць усё большую ролю ў многіх галінах. Дзякуючы пастаянным тэхналагічным інавацыям і пашырэнню прымянення, тытан, надрукаваны метадам 3D-друку, зробіць з металу больш зручныя, эфектыўныя і якасныя вырабы для грамадства.