Titaniozko aleazioen 3D inprimaketaren aplikazio eremuak eta garapena

Titanioa gehigarrizko fabrikazioan gehien erabiltzen den metaletako bat da eta aeroespazialean, artikulazioen ordezkapenean eta kirurgia tresnetan, lasterketa eta bizikleta markoetan, elektronikan eta beste errendimendu handiko produktu batzuetan erabiltzen da. Titanioa eta titanioan oinarritutako aleazioak hainbat industriak baloratzen dituzte erresistentzia mekaniko handiagatik, erresistentzia-pisu erlazio handiagatik eta altzairu herdoilgaitza baino korrosioarekiko erresistentzia hobeagatik. Material honen erabilerak suziriak eta hegazkinak arinagoak egin ditzake, horrela erregaia aurreztuz eta zama handituz. Era berean, erabil liteke elektronika arinagoak egiteko, hala nola telefonoak eta errealitate birtualeko betaurrekoak, baita inplante medikoetan ere. Gainera, titanioaren berezko propietateak 3D inprimaketaren gaitasun bereziekin konbinatzen direnean, abantailak are nabarmenagoak izango dira. Beraz, zeintzuk dira 3D inprimatutako titanioaren erabilera espezifikoak? Zeintzuk dira titaniozko ohikoenak? Inprimagailuamerkatuan dago?

△3D inprimatutako titaniozko piezak

GE Additive-ren aldakako artikulazioak, Sciaky-ren haizagailu-palak, Arcam Darker-en suziri-puntak, 3D Systems-en titaniozko sare-osagaiak, EOS-en titaniozko stent-ak, Zenith Tecnica-ren bizkarrezurreko inplante kirurgikoak

3D inprimaketa titanioaren fabrikazio eraginkorragoa ahalbidetzen du, lehengaien hondakinak murriztuz. Gehigarri teknologia gisa, metalezko 3D inprimaketak pieza eraikitzeko beharrezkoak diren materialak soilik erabiltzen ditu normalean, euskarri egiturazko material kopuru nahiko txiki batekin batera. 3D inprimaketak diseinu konplexuak ere ahalbidetzen ditu, hala nola barne kanalak eta hutsuneak edo sare betetako piezak pisua murrizteko, beste fabrikazio metodo batekin posible ez direnak. Molde edo tresneriarik ez dagoenez, titaniozko 3D inprimaketak kostu-eraginkortasunez sor ditzake pieza bakarrak, hala nola pazienteentzako inplanteak, prototipoak eta ikerketa tresnak. Titanioa 3D inprimatzeko adibide ugari daude fabrikazioa, osasungintza, espazioaren esplorazioa eta gehiago aurreratzeko.

3D inprimaketaren titaniozko aleazioen erabilerak

△2023an, Paneraik Submersible S Brabus PAM01283 erlojua kaleratu zuen, 3D inprimatutako titaniozko kaxa batekin hornitua. Eskuineko irudian ikusten da Holthinrichs Deconstructed-ek 3D inprimatutako lehen titaniozko erlojua merkaturatu zuela.

Titaniozko 3D inprimaketa dagoeneko asko erabiltzen da hainbat produktu ekoizteko, hala nola gailu medikoak, errendimendu handiko bizikletak, luxuzko erlojuak eta kontsumo-elektronika, diseinu berritzaile eta askotan pertsonalizatuen bidez produktu arinak baina sendoak lortzeko itxaropenarekin.

● Zehaztasun produktuak eta produktu elektronikoak

3D inprimaketak titaniozko pieza konplexu eta oso meheak ekoiz ditzake, eta horiek askotan erloju-kaxak egiteko erabiltzen dira, hala nola goian erakusten diren Panerai eta Holthinrichs erlojuak. Esaten da titaniozko aleaziozko erloju-kaxak ere Apple Watch Ultra-ren laster izango direla.

△2023ko Honor Magic V2 telefono tolesgarrian erabilitako titaniozko aleaziozko bisagra-aldagailuaren estalkia 3D inprimatuz

2023an, Honor telefono adimendunen fabrikatzaileak Magic V2 tolesgarri berria merkaturatu zuen, aurreko aluminiozko bertsioa baino % 150 sendoagoa eta arinagoa den titaniozko aldagailu-estalki bat duena, 3D inprimatuz. Honorrek esan zuen hamar milaka ale 3D inprima daitezkeen titaniozko pieza txiki hau dela produktuaren iraunkortasunaren eta tolestura eta zabaltze leunaren gakoa.

● Inplante medikoak eta hortz-inplanteak

△American Orthofix Medical-en 3D inprimatutako titaniozko inplantea, Construx Mimi Ti Spacer System, AEBetako FDAk onartu zuen 2021ean.

Medikuntza industrian, 3D inprimatutako titaniozko inplanteek arrakasta izan dute bizkarrezurreko, aldakako, belauneko eta gorputz-adarretan, metalaren berezko biobateragarritasunari eta propietate mekaniko onei esker, baita egitura porotsu pertsonalizatuak 3Dn inprimatzeko gaitasunari esker (horrela osteointegrazioa ahalbidetuz) eta pazienteentzako emaitza hobeak lortzeko pertsonalizatze masiboa ere. 3D inprimatutako titaniozko inplanteek arauzko onespena eta eskaera lortzen ari dira. Inplante mediko gehienak egoera bera duten pertsona kopuru handi bati aurre egiteko egiten direnez, ez dira egokiak guztientzat. Gaixotasun arraroak dituzten pertsonak askotan baztertuta geratzen dira. Orain, 3D inprimaketari esker, posible da paziente bakoitzarentzat bereziki diseinatutako inplanteak ekoiztea.

2023an, Erresuma Batuko zirujau batek lau eskumuturreko ebakuntza egin zituen egun berean, pazienteentzako espezifikoki inprimatutako 3D bidezko titaniozko plakak erabiliz, aurretik hautsitako eskumuturreko deformazioak zuzentzeko. Akshay Malhotra doktoreak, ortopediako zirujau aholkulariak eta esku eta eskumuturretako arduradun klinikoak, esan zuen: "Plangintza-prozesu hau amaitutakoan, neurrira egindako plakak titaniozko hautsarekin inprimatzen dira, ondoren probatzen dira, Erresuma Batura bidaltzen dira eta County Hospital-en esterilizatzen dira ebakuntzarako prestatzeko".

△CoreLink-en 3D inprimatutako titaniozko torlojuek hezurren hazkuntza sustatzen duen egitura porotsua dute, eta FingerKit Consortium-en pazienteentzako titaniozko hatz-artikulazio berriak

Indiako Manipal Ospitaleko medikuek 3D inprimatutako titanioa erabili zuten 2022an bularra suntsitzen ari zitzaion tumore batek minbizia zuen paziente bat artatu zutenean. Oro har, tamaina honetako inplanteak astunegiak izango lirateke giza gorputzarentzat, baina titanioa arina eta oso sendoa denez, 250 gramo baino gutxiago pisatzen baitu, aproposa da gorputzaren barruan inplanteak inprimatzeko. 3D inprimatutako inplantearen arrakastari esker, pazientea guztiz sendatu zen eta bere ohiko bizitzara itzuli ahal izan zen kanpoko makinen beharrik gabe arnasa hartzen laguntzeko.

△Titaniozko 3D inprimaketaren bidez, Angel Cycle Works-ek Heaven bizikleta berriaren pisua nabarmen murriztu eta diseinua optimizatu ahal izan zuen

3D inprimatutako titanioa ohikoa da gaur egungo errendimendu handiko bizikletetan. Titanioa erabiltzen da bieletan, balazta-palanketan, potentzietan, aldagailu-euskarriak eta baita marko osoetan ere. Titanioa aluminioa bezain sendoa eta karbono-zuntza bezain arina da, karbono-zuntzaren iraunkortasun-arazorik gabe. Carbon Wasp bizikleta-fabrikatzaileak azaltzen du zergatik alde batera uzten duen aluminioa eta karbono-zuntza 3D inprimatutako titanioa erabiliz bere azken bielak eraikitzeko. Carbon Waspek esan zuen: "Modu sortzaile ugari asmatu genituen bielak kaxa-ardatzari lotzeko, karbono-zuntza estutu gabe, baina beti behar ziren metalezko txertaketa batzuk, eta txertaketak karbono-zuntzari itsasteak arazoak izango zituen. Galdera amaigabeetaraino. Prototipatu batzuk egin ondoren, Carbon Waspek aurkitu zuen 3D inprimatutako sare-betetako titaniozko bielak karbonoa bezain arina dela, baina sendoagoa dela talka-joera handiko eremuetan. Oraindik ere uste dugu karbono-zuntza dela onena beste hainbat erabileratarako. Materialetarako, markoa barne, baina dagoeneko beste titaniozko pieza batzuetan lanean ari gara".

Marko osoez ari garela, Angel Cycle Works bizikleta fabrikatzaileak dioenez, titaniozko marko bat 3Dn inprimatu du osagai arin bakarrean, lasterketa-denboretatik segundo erabakigarriak murriztuz eta diseinu-geometria berriak ahalbidetuz. Heaven izeneko superbike berria aurreko bertsioa baino 400 gramo arinagoa da. Aurten Pilot-ek merkaturatu duen beste titaniozko aleaziozko marko bat Pilot Seiren deitzen da. Errepideko bizikletaren markoa titanioz inprimatuta dago osorik 3Dn (hiru zatitan banatuta). Konpainiak dioenez, titanioa 3Dn inprimatzeak bizikleta txirrindulariaren lehentasunetara pertsonalizatzeko aukera ematen dio, eta markoak ez du pintura edo estaldurarik behar.

△Mythos bizikleta enpresak 3D inprimatutako titaniozko piezen sorta bat eskaintzen die bezeroei, eskuleku hauek barne, eta Verve Cycling-ek (eskuinean) 3D inprimatutako titaniozko biela berriak eskaintzen ditu.

△GKN Aerospace-k titaniozko 3D inprimagailu handi bat gehitzeko asmoa du bere Texasko fabrikan

NASAk bakarra behar duenez, ilargirako beso zabalgarrirako titaniozko osagaiak 3Dn inprimatzeak zentzu gehiago du fabrikazio tradizionala baino.

● Fabrikazioa

ASML erdieroaleen fabrikatzaileak titaniozko erretilu-aurreformak forjatu beharrean 3D inprimaketa egiten ari da orain (obleen ekoizpenean erabiltzen direnak), lehengaietan % 64 aurreztuz eta azkarrago entregatuz. Norsk Titanium, energia zuzenduko deposizio (DED) plataforma bat erabiltzen duen metalezko gehigarrien fabrikazio-enpresa batek, 80 kilogramo (gutxi gorabehera 176 libra) ia forma garbiko aurreformak inprimatzen ari da Ti64-rekin erdieroaleen obleen ekoizpenean erabiltzeko.

△Washingtongo Unibertsitateak fabrikatutako titaniozko aleaziozko gurpil-ardatzaren 3D inprimatutako euskarria

△Titanio hautsa

Hainbat enpresak, Virtual Foundry barne, titaniozko alanbrea eskaintzen dute estrusorean oinarritutako deposizio fusionatu bidezko modelatzerako (FDM). Materialak PLAn txertatutako metal hautsa dauka eta FDM inprimagailuak erabiliz inprima daiteke 205 °C-tik gorako estrusore-tenperaturetan. Postprozesaketa eta sinterizazioa egin ondoren, harizpi hauek % 90etik gorako metal edukia duten metalezko piezak sor ditzakete, prototipoak egiteko egokiak bihurtuz.

△Unibertsitateko metalezko 3D inprimaketa laborategiak, Washington Joint Center for Earth Abundant Materials Deployment and Research-ek, titaniozko piezak egiten ditu

Laburbilduz, 3D inprimatutako titanioaren etorkizuneko garapena itxaropenez beteta dago eta zeregin handiagoa izango du arlo askotan. Berrikuntza teknologiko jarraituaren eta aplikazioen hedapenaren bidez, 3D inprimatutako titanioak pieza metaliko erosoagoak, eraginkorragoak eta kalitate handikoagoak ekarriko dizkio gizarteari.