Meysydd cymhwysiad a datblygiad argraffu 3D aloi titaniwm

Mae titaniwm yn un o'r metelau a ddefnyddir amlaf mewn gweithgynhyrchu ychwanegol ac fe'i defnyddir mewn awyrofod, offer ailosod cymalau a llawfeddygol, fframiau rasio a beiciau, electroneg a chynhyrchion perfformiad uchel eraill. Mae titaniwm ac aloion sy'n seiliedig ar ditaniwm yn cael eu gwerthfawrogi gan wahanol ddiwydiannau am eu cryfder mecanyddol uchel, eu cymhareb cryfder-i-bwysau uchel, a'u gwrthiant cyrydiad gwell na dur di-staen. Gall defnyddio'r deunydd hwn wneud rocedi ac awyrennau'n ysgafnach, a thrwy hynny arbed tanwydd a chynyddu gallu llwyth. Gellid ei ddefnyddio hefyd i wneud electroneg ysgafnach fel ffonau clyfar a gogls VR, yn ogystal ag mewn mewnblaniadau meddygol. Ar ben hynny, pan gyfunir priodweddau cynhenid ​​titaniwm â galluoedd unigryw argraffu 3D, bydd y manteision hyd yn oed yn fwy amlwg. Felly, beth yw'r defnyddiau penodol o ditaniwm wedi'i argraffu 3D? Beth yw'r titaniwm cyffredin Argraffydds ar y farchnad?

△Rhannau titaniwm wedi'u hargraffu 3D

Cymalau clun gan GE Additive, llafnau ffan gan Sciaky, pennau roced gan Arcam Darker, cydrannau dellt titaniwm gan 3D Systems, stentiau titaniwm gan EOS, mewnblaniadau asgwrn cefn llawfeddygol gan Zenith Tecnica

Argraffu 3D yn caniatáu gweithgynhyrchu titaniwm yn fwy effeithlon wrth leihau gwastraff deunydd crai. Fel technoleg ychwanegol, mae argraffu 3D metel fel arfer yn defnyddio dim ond y deunyddiau sydd eu hangen i adeiladu'r rhan, ynghyd â swm cymharol fach o ddeunydd strwythurol cymorth. Mae argraffu 3D hefyd yn galluogi dyluniadau cymhleth, fel sianeli mewnol a rhannau gwag neu wedi'u llenwi â dellt i leihau pwysau, nad ydynt yn bosibl gydag unrhyw ddull gweithgynhyrchu arall. Gan nad oes mowldiau nac offer, gall argraffu 3D titaniwm greu rhannau unigryw yn gost-effeithiol fel mewnblaniadau penodol i gleifion, prototeipiau ac offer ymchwil. Mae yna enghreifftiau dirifedi o argraffu titaniwm 3D i hyrwyddo gweithgynhyrchu, gofal iechyd, archwilio gofod a mwy.

Defnyddiau aloi titaniwm argraffu 3D

△Yn 2023, rhyddhaodd Panerai y Submersible S Brabus PAM01283 gyda chas titaniwm wedi'i argraffu 3D. Mae'r llun ar y dde yn dangos bod Holthinrichs Deconstructed wedi lansio'r oriawr titaniwm gyntaf wedi'i hargraffu 3D.

Defnyddir argraffu 3D titaniwm yn helaeth eisoes i gynhyrchu cynhyrchion mor amrywiol â dyfeisiau meddygol, beiciau perfformiad, oriorau moethus ac electroneg defnyddwyr, gyda'r gobaith o ddarparu cynhyrchion ysgafn ond cryf trwy ddyluniadau arloesol, sydd yn aml yn cael eu teilwra'n arbennig.

● Cynhyrchion manwl gywir a chynhyrchion electronig

Gall argraffu 3D gynhyrchu rhannau titaniwm cymhleth â waliau tenau iawn, a ddefnyddir yn aml i wneud casys oriorau, fel yr oriorau Panerai a Holthinrichs a ddangosir uchod. Dywedir y bydd casys oriorau aloi titaniwm hefyd yn rhan sydd ar ddod o'r Apple Watch Ultra.

△Clawr symud colyn aloi titaniwm wedi'i argraffu 3D a ddefnyddir yn y ffôn clyfar plygadwy Honor Magic V2 2023

Yn 2023, lansiodd y gwneuthurwr ffonau clyfar Honor ei Magic V2 plygadwy newydd, sy'n cynnwys clawr shifft colfachog titaniwm wedi'i argraffu 3D sy'n ysgafnach ac yn 150% yn gryfach na'r fersiwn alwminiwm flaenorol. Dywedodd Honor mai'r darn titaniwm bach hwn, y gellir ei argraffu 3D mewn degau o filoedd, yw'r allwedd i wydnwch y cynnyrch a'i blygu a'i ddatblygu'n llyfn.

● Mewnblaniadau meddygol a deintyddol

△Cafodd System Bylchwr Construx Mimi Ti, mewnblaniad titaniwm wedi'i argraffu 3D gan American Orthofix Medical, ei gymeradwyo gan FDA yr Unol Daleithiau yn 2021.

Yn y diwydiant meddygol, mae mewnblaniadau titaniwm wedi'u hargraffu 3D wedi bod yn llwyddiannus mewn cymwysiadau asgwrn cefn, clun, pen-glin ac eithafion oherwydd biogydnawsedd cynhenid ​​​​y metel a'i briodweddau mecanyddol da, ynghyd â'r gallu i argraffu strwythurau mandyllog wedi'u teilwra yn 3D (a thrwy hynny alluogi osseointegreiddio) ac addasu torfol ar gyfer canlyniadau gwell i gleifion. Mae mewnblaniadau titaniwm wedi'u hargraffu 3D yn ennill cymeradwyaeth reoleiddiol a galw. Gan fod y rhan fwyaf o fewnblaniadau meddygol wedi'u gwneud i orchuddio nifer fawr o bobl â'r un cyflwr, nid ydynt yn addas i bawb. Yn aml, mae pobl â chlefydau prin yn cael eu heithrio. Nawr, gydag argraffu 3D, mae'n bosibl cynhyrchu mewnblaniadau sydd wedi'u cynllunio'n benodol ar gyfer cleifion unigol.

Yn 2023, cynhaliodd llawfeddyg yn y DU bedair llawdriniaeth ar yr arddwrn ar yr un diwrnod, gan ddefnyddio platiau titaniwm wedi'u hargraffu'n 3D penodol i gleifion i gywiro anffurfiadau arddwrn a oedd wedi torri o'r blaen. Dywedodd Dr Akshay Malhotra, llawfeddyg orthopedig ymgynghorol ac arweinydd clinigol ar gyfer dwylo ac arddyrnau: “Unwaith y bydd y broses gynllunio hon wedi'i chwblhau, caiff platiau pwrpasol eu hargraffu gan ddefnyddio powdr titaniwm, yna eu profi, eu cludo i'r DU a'u sterileiddio yn Ysbyty'r Sir i baratoi ar gyfer llawdriniaeth.

△Mae sgriwiau titaniwm wedi'u hargraffu 3D CoreLink yn cynnwys strwythur mandyllog sy'n hyrwyddo twf esgyrn, a chymalau bysedd titaniwm newydd penodol i gleifion Consortiwm FingerKit

Defnyddiodd meddygon yn Ysbyty Manipal yn India ditaniwm wedi'i argraffu 3D wrth drin claf canser yr oedd ei diwmor yn dinistrio ei frest yn 2022. Yn gyffredinol, byddai mewnblaniadau o'r maint hwn yn rhy drwm i'r corff dynol eu dwyn, ond oherwydd bod titaniwm yn ysgafn ac yn gryf iawn, gan bwyso llai na 250 gram, mae'n ddelfrydol ar gyfer argraffu mewnblaniadau y tu mewn i'r corff. Diolch i lwyddiant yr mewnblaniad wedi'i argraffu 3D, gwellodd y claf yn llwyr ac roedd yn gallu dychwelyd i'w fywyd arferol heb ddibynnu ar beiriannau allanol i'w helpu i anadlu.

△Trwy argraffu 3D titaniwm, llwyddodd Angel Cycle Works i leihau pwysau beic newydd Heaven yn sylweddol ac optimeiddio dyluniad y beic.

Mae titaniwm wedi'i argraffu 3D yn gyffredin mewn beiciau perfformiad heddiw. Defnyddir titaniwm mewn cranciau, liferi brêc, coesynnau, crogfachau derailleur, a hyd yn oed fframiau llawn. Mae titaniwm mor gryf ag alwminiwm a mor ysgafn â ffibr carbon, heb y problemau cynaliadwyedd sy'n gysylltiedig â ffibr carbon. Mae'r gwneuthurwr beiciau Carbon Wasp yn egluro pam ei fod yn rhoi'r gorau i alwminiwm a ffibr carbon o blaid defnyddio titaniwm wedi'i argraffu 3D i adeiladu ei freichiau crank ôl-farchnad diweddaraf. Dywedodd Carbon Wasp: “Fe wnaethon ni ddod o hyd i bob math o ffyrdd creadigol o glampio'r crank i siafft y blwch gêr heb wasgu'r ffibr carbon, ond roedd angen rhai mewnosodiadau metel bob amser, a byddai gludo'r mewnosodiadau i'r ffibr carbon yn creu problemau. I'r cwestiynau diddiwedd. Ar ôl rhywfaint o brototeipio, canfu Carbon Wasp fod crank titaniwm wedi'i argraffu 3D wedi'i lenwi â dellt yr un mor ysgafn â charbon ond yn gryfach mewn ardaloedd sy'n dueddol iawn o gael effaith. Rydym yn dal i feddwl mai ffibr carbon yw'r gorau ar gyfer llawer o ddefnyddiau eraill. deunyddiau, gan gynnwys y ffrâm, ond rydym eisoes yn gweithio ar rannau titaniwm eraill.”

Gan sôn am fframiau llawn, dywed y gwneuthurwr beiciau Angel Cycle Works ei fod wedi argraffu ffrâm holl-ditaniwm mewn un gydran ysgafn, sy'n lleihau eiliadau hanfodol oddi ar amseroedd rasio ac yn galluogi geometregau dylunio newydd. Mae ei feic gwych newydd, o'r enw Heaven, 400 gram yn ysgafnach na'r fersiwn flaenorol. Ffrâm aloi holl-ditaniwm arall a lansiwyd gan Pilot eleni yw Pilot Seiren. Mae ffrâm y beic ffordd wedi'i hargraffu'n gyfan gwbl mewn 3D o ditaniwm (wedi'i rannu'n dair rhan). Dywed y cwmni fod argraffu titaniwm mewn 3D yn caniatáu iddo addasu'r beic i ddewis y beiciwr, ac nad oes angen unrhyw baent na gorchudd ar y ffrâm.

△Mae'r cwmni beiciau Mythos yn cynnig amrywiaeth o rannau titaniwm wedi'u hargraffu 3D i gwsmeriaid, gan gynnwys y bariau llywio hyn, tra bod Verve Cycling (dde) yn cynnig cranciau titaniwm wedi'u hargraffu 3D newydd.

△Mae GKN Aerospace yn bwriadu ychwanegu argraffydd 3D titaniwm ar raddfa fawr newydd i'w ffatri yn Texas

△Gan mai dim ond un sydd ei angen ar NASA, mae argraffu cydrannau titaniwm 3D ar gyfer y fraich lleuadadwy yn gwneud mwy o synnwyr na gweithgynhyrchu traddodiadol.

● Gweithgynhyrchu

Mae'r gwneuthurwr lled-ddargludyddion ASML bellach yn argraffu 3D yn hytrach na ffugio rhagffurfiau hambwrdd cludwr titaniwm (a ddefnyddir wrth gynhyrchu wafferi), gan arbed 64% mewn deunyddiau crai a'u danfon yn gyflymach. Mae Norsk Titanium, cwmni gweithgynhyrchu ychwanegion metel sy'n defnyddio platfform dyddodiad ynni cyfeiriedig (DED), yn argraffu 80 cilogram (tua 176 pwys) o ragffurfiau siâp net bron gyda Ti64 i'w defnyddio wrth gynhyrchu wafferi lled-ddargludyddion.

△Braced canolbwynt olwyn aloi titaniwm wedi'i argraffu 3D a weithgynhyrchwyd gan Brifysgol Washington

△Powdr titaniwm

Mae sawl cwmni, gan gynnwys Virtual Foundry, yn cynnig gwifren titaniwm ar gyfer modelu dyddodiad asiedig (FDM) sy'n seiliedig ar allwthiwr. Mae'r deunydd yn cynnwys powdr metel wedi'i fewnosod mewn PLA a gellir ei argraffu gan ddefnyddio argraffyddion FDM ar dymheredd allwthiwr uwchlaw 205 °C. Ar ôl ôl-brosesu a sinteru, gall y ffilamentau hyn gynhyrchu rhannau metel gyda chynnwys metel o dros 90%, gan eu gwneud yn addas ar gyfer creu prototeipiau.

△Mae labordy argraffu 3D metel y brifysgol, Canolfan Washington ar y Cyd ar gyfer Defnyddio a Ymchwil Deunyddiau Toreithiog y Ddaear, yn gwneud rhannau o ditaniwm

Yn fyr, mae datblygiad titaniwm wedi'i argraffu 3D yn y dyfodol yn llawn gobaith a bydd yn chwarae rhan fwy mewn sawl maes. Trwy arloesedd technolegol parhaus ac ehangu cymwysiadau, bydd titaniwm wedi'i argraffu 3D yn dod â rhannau metel mwy cyfleus, effeithlon ac o ansawdd uchel i gymdeithas.