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Campos de aplicación y desarrollo de la impresión 3D de aleaciones de titanio
El titanio es uno de los metales más utilizados en la fabricación aditiva y se emplea en la industria aeroespacial, prótesis articulares e instrumental quirúrgico, cuadros de bicicletas y de competición, electrónica y otros productos de alto rendimiento. El titanio y sus aleaciones son valorados por diversas industrias por su alta resistencia mecánica, su elevada relación resistencia-peso y su mayor resistencia a la corrosión que el acero inoxidable. El uso de este material permite fabricar cohetes y aeronaves más ligeros, ahorrando combustible y aumentando su capacidad de carga útil. También se puede utilizar para fabricar dispositivos electrónicos más ligeros, como teléfonos inteligentes y gafas de realidad virtual, así como en implantes médicos. Además, cuando las propiedades inherentes del titanio se combinan con las capacidades únicas de la impresión 3D, las ventajas se hacen aún más evidentes. Entonces, ¿cuáles son los usos específicos del titanio impreso en 3D? ¿Cuáles son las aplicaciones comunes del titanio? Impresora¿Hay en el mercado?
△Piezas de titanio impresas en 3D
Articulaciones de cadera de GE Additive, aspas de ventilador de Sciaky, puntas de cohete de Arcam Darker, componentes de celosía de titanio de 3D Systems, stents de titanio de EOS, implantes quirúrgicos de columna vertebral de Zenith Tecnica.
Impresión 3D Permite una fabricación más eficiente de titanio, reduciendo al mismo tiempo el desperdicio de materia prima. Como tecnología aditiva, la impresión 3D de metales generalmente utiliza solo los materiales necesarios para construir la pieza, junto con una cantidad relativamente pequeña de material estructural de soporte. La impresión 3D también permite diseños complejos, como canales internos y piezas huecas o con relleno de celosía para reducir el peso, que no son posibles con ningún otro método de fabricación. Al no requerir moldes ni herramientas, la impresión 3D de titanio permite crear de forma rentable piezas únicas, como implantes personalizados, prototipos y herramientas de investigación. Existen innumerables ejemplos de la impresión 3D de titanio para impulsar la fabricación, la atención médica, la exploración espacial y mucho más.
La impresión 3D de aleación de titanio utiliza
△En 2023, Panerai lanzó el Submersible S Brabus PAM01283, equipado con una caja de titanio impresa en 3D. La imagen de la derecha muestra que Holthinrichs Deconstructed lanzó el primer reloj de titanio impreso en 3D.
La impresión 3D de titanio ya se utiliza ampliamente para producir productos tan diversos como dispositivos médicos, bicicletas de alto rendimiento, relojes de lujo y productos electrónicos de consumo, con la esperanza de ofrecer productos ligeros pero resistentes mediante diseños innovadores, a menudo personalizados.
● Productos de precisión y productos electrónicos
La impresión 3D permite producir piezas de titanio complejas y de paredes muy finas, que se utilizan a menudo para fabricar cajas de relojes, como las de Panerai y Holthinrichs que se muestran arriba. Se rumorea que las cajas de aleación de titanio también formarán parte del próximo Apple Watch Ultra.
△Cubierta de la bisagra de aleación de titanio impresa en 3D utilizada en el teléfono inteligente plegable Honor Magic V2 de 2023
En 2023, el fabricante de teléfonos inteligentes Honor lanzó su nuevo Magic V2 plegable, que cuenta con una tapa de palanca de cambios con bisagra impresa en 3D de titanio, más ligera y un 150 % más resistente que la versión anterior de aluminio. Honor afirmó que esta pequeña pieza de titanio, que se puede imprimir en 3D por decenas de miles, es la clave de la durabilidad del producto y de su suave mecanismo de plegado y desplegado.
● Implantes médicos y dentales
△El sistema de espaciadores Construx Mimi Ti, un implante de titanio impreso en 3D de American Orthofix Medical, fue aprobado por la FDA de EE. UU. en 2021.
En la industria médica, los implantes de titanio impresos en 3D han tenido éxito en aplicaciones de columna, cadera, rodilla y extremidades gracias a la biocompatibilidad inherente del metal y sus buenas propiedades mecánicas, junto con la capacidad de imprimir en 3D estructuras porosas personalizadas (lo que permite la osteointegración) y la personalización masiva para obtener mejores resultados para el paciente. Los implantes de titanio impresos en 3D están obteniendo la aprobación regulatoria y una creciente demanda. Dado que la mayoría de los implantes médicos se fabrican para cubrir a un gran número de personas con la misma afección, no son adecuados para todos. Las personas con enfermedades raras suelen quedar excluidas. Ahora, con la impresión 3D, es posible producir implantes diseñados específicamente para cada paciente.
En 2023, un cirujano del Reino Unido realizó cuatro cirugías de muñeca en un mismo día, utilizando placas de titanio impresas en 3D personalizadas para corregir deformidades de muñeca previamente fracturadas. El Dr. Akshay Malhotra, cirujano ortopédico consultor y jefe clínico de manos y muñecas, declaró: “Una vez finalizado este proceso de planificación, se imprimen placas a medida con polvo de titanio, se prueban, se envían al Reino Unido y se esterilizan en el Hospital del Condado como preparación para la cirugía”.
△Los tornillos de titanio impresos en 3D de CoreLink presentan una estructura porosa que promueve el crecimiento óseo, y las nuevas articulaciones de dedos de titanio personalizadas para cada paciente del FingerKit Consortium.
En 2022, los médicos del Hospital Manipal de la India utilizaron titanio impreso en 3D para tratar a un paciente con cáncer cuyo tumor le estaba destruyendo el pecho. Generalmente, los implantes de este tamaño serían demasiado pesados para el cuerpo humano, pero debido a que el titanio es ligero y muy resistente (pesa menos de 250 gramos), es ideal para imprimir implantes dentro del cuerpo. Gracias al éxito del implante impreso en 3D, el paciente se recuperó por completo y pudo retomar su vida normal sin depender de máquinas externas para respirar.
△Mediante la impresión 3D de titanio, Angel Cycle Works logró reducir significativamente el peso y optimizar el diseño de la nueva bicicleta Heaven.
El titanio impreso en 3D es común en las bicicletas de alto rendimiento actuales. Se utiliza en bielas, manetas de freno, potencias, patillas de cambio e incluso cuadros completos. El titanio es tan resistente como el aluminio y tan ligero como la fibra de carbono, sin los problemas de sostenibilidad de esta última. El fabricante de bicicletas Carbon Wasp explica por qué está dejando de lado el aluminio y la fibra de carbono para utilizar titanio impreso en 3D en la fabricación de sus últimas bielas. Carbon Wasp declaró: «Ideamos todo tipo de formas creativas de sujetar la biela al eje de la caja de cambios sin comprimir la fibra de carbono, pero siempre se requerían inserciones metálicas, y pegarlas a la fibra de carbono planteaba problemas. Tras realizar varios prototipos, Carbon Wasp descubrió que una biela de titanio con estructura reticular impresa en 3D es igual de ligera que la de carbono, pero más resistente en las zonas más propensas a los impactos. Seguimos pensando que la fibra de carbono es el mejor material para muchos otros usos, incluido el cuadro, pero ya estamos trabajando en otras piezas de titanio».
Hablando de cuadros completos, el fabricante de bicicletas Angel Cycle Works afirma haber impreso en 3D un cuadro totalmente de titanio en un solo componente ligero, lo que reduce segundos cruciales en los tiempos de carrera y permite nuevas geometrías de diseño. Su nueva superbike, llamada Heaven, es 400 gramos más ligera que la versión anterior. Otro cuadro de aleación de titanio lanzado por Pilot este año se llama Pilot Seiren. El cuadro de esta bicicleta de carretera está completamente impreso en 3D a partir de titanio (dividido en tres partes). La compañía afirma que la impresión 3D de titanio le permite personalizar la bicicleta según las preferencias del ciclista, y el cuadro no requiere pintura ni recubrimiento.
△La empresa de bicicletas Mythos ofrece a sus clientes una gama de piezas de titanio impresas en 3D, incluidos estos manillares, mientras que Verve Cycling (derecha) ofrece nuevas bielas de titanio impresas en 3D.
△GKN Aerospace planea añadir una nueva impresora 3D de titanio a gran escala a su fábrica de Texas.
△Dado que la NASA solo necesita uno, la impresión 3D de componentes de titanio para el brazo desplegable lunar tiene más sentido que la fabricación tradicional.
● Fabricación
El fabricante de semiconductores ASML ahora imprime en 3D, en lugar de forjar, las preformas de las bandejas portadoras de titanio (utilizadas en la producción de obleas), ahorrando un 64 % en materias primas y entregándolas más rápido. Norsk Titanium, una empresa de fabricación aditiva de metales que utiliza una plataforma de deposición de energía dirigida (DED), imprime 80 kilogramos (aproximadamente 176 libras) de preformas con forma casi final con Ti64 para su uso en la producción de obleas de semiconductores.
△Soporte de buje de rueda de aleación de titanio impreso en 3D fabricado por la Universidad de Washington
△Polvo de titanio
△El laboratorio universitario de impresión 3D de metales, el Centro Conjunto de Washington para el Despliegue e Investigación de Materiales Abundantes en la Tierra, fabrica piezas de titanio.