Campos de aplicación e desenvolvemento da impresión 3D en aliaxe de titanio

O titanio é un dos metais máis empregados na fabricación aditiva e utilízase na industria aeroespacial, en ferramentas cirúrxicas e de substitución de articulacións, en cadros de carreiras e de bicicletas, en electrónica e outros produtos de alto rendemento. O titanio e as aliaxes a base de titanio son valorados por diversas industrias pola súa alta resistencia mecánica, a súa alta relación resistencia-peso e a súa mellor resistencia á corrosión que o aceiro inoxidable. O uso deste material pode facer que os foguetes e os avións sexan máis lixeiros, aforrando así combustible e aumentando a capacidade de carga. Tamén se podería empregar para fabricar dispositivos electrónicos máis lixeiros, como teléfonos intelixentes e lentes de realidade virtual, así como en implantes médicos. Ademais, cando as propiedades inherentes do titanio se combinan coas capacidades únicas da impresión 3D, as vantaxes serán aínda máis obvias. Entón, cales son os usos específicos do titanio impreso en 3D? Cales son os usos comúns do titanio? Impresoraestá no mercado?

△Pezas de titanio impresas en 3D

Articulacións de cadeira de GE Additive, aspas de ventilador de Sciaky, puntas de foguete de Arcam Darker, compoñentes de rede de titanio de 3D Systems, stents de titanio de EOS, implantes cirúrxicos espiñais de Zenith Tecnica

Impresión 3D permite unha fabricación máis eficiente do titanio e á vez reduce o desperdicio de materia prima. Como tecnoloxía aditiva, a impresión 3D en metal normalmente só emprega os materiais necesarios para construír a peza, xunto cunha cantidade relativamente pequena de material estrutural de soporte. A impresión 3D tamén permite deseños complexos, como canles internas e pezas ocas ou cheas de celosía para reducir o peso, que non son posibles con ningún outro método de fabricación. Debido a que non hai moldes nin ferramentas, a impresión 3D en titanio pode crear de forma rendible pezas únicas, como implantes específicos para pacientes, prototipos e ferramentas de investigación. Hai innumerables exemplos de impresión 3D de titanio para avanzar na fabricación, a atención sanitaria, a exploración espacial e moito máis.

Usos da aliaxe de titanio na impresión 3D

△En 2023, Panerai lanzou o Submersible S Brabus PAM01283 equipado cunha caixa de titanio impresa en 3D. A imaxe da dereita mostra que Holthinrichs Deconstructed lanzou o primeiro reloxo de titanio impreso en 3D.

A impresión 3D de titanio xa se emprega amplamente para producir produtos tan diversos como dispositivos médicos, bicicletas de alto rendemento, reloxos de luxo e electrónica de consumo, coa esperanza de ofrecer produtos lixeiros pero resistentes a través de deseños innovadores, a miúdo personalizados.

● Produtos de precisión e produtos electrónicos

A impresión 3D pode producir pezas de titanio complexas e de paredes moi finas, que se empregan a miúdo para fabricar caixas de reloxos, como os reloxos Panerai e Holthinrichs que se mostran arriba. Dise que as caixas de reloxo de aliaxe de titanio tamén formarán parte do Apple Watch Ultra.

△Cuberta da bisagra de aliaxe de titanio impresa en 3D utilizada no teléfono intelixente plegable Honor Magic V2 de 2023

En 2023, o fabricante de teléfonos intelixentes Honor lanzou o seu novo dispositivo plegable Magic V2, que presenta unha tapa de cambio con bisagras de titanio impresa en 3D que é un 150 % máis lixeira e un 150 % máis resistente que a versión anterior de aluminio. Honor afirmou que esta pequena peza de titanio, que se pode imprimir en 3D en decenas de miles de unidades, é a clave da durabilidade do produto e da súa fluidez no pregamento e despregamento.

● Implantes médicos e dentais

△O sistema espazador Construx Mimi Ti para implantes de titanio impresos en 3D de American Orthofix Medical foi aprobado pola FDA dos Estados Unidos en 2021

Na industria médica, os implantes de titanio impresos en 3D tiveron éxito en aplicacións de columna vertebral, cadeira, xeonllo e extremidades debido á biocompatibilidade inherente do metal e ás boas propiedades mecánicas, xunto coa capacidade de imprimir en 3D estruturas porosas personalizadas (permitindo así a osteointegración) e a personalización masiva para obter mellores resultados para os pacientes. Os implantes de titanio impresos en 3D están a gañar aprobación e demanda regulamentarias. Dado que a maioría dos implantes médicos están feitos para cubrir a un gran número de persoas coa mesma condición, non son axeitados para todos. As persoas con enfermidades raras adoitan quedar excluídas. Agora, coa impresión 3D, é posible producir implantes deseñados especificamente para pacientes individuais.

En 2023, un cirurxián do Reino Unido realizou catro cirurxías de pulso o mesmo día, empregando placas de titanio impresas en 3D específicas para cada paciente para corrixir deformidades do pulso previamente fracturadas. O doutor Akshay Malhotra, cirurxián ortopédico consultor e xefe clínico de mans e pulsos, dixo: «Unha vez completado este proceso de planificación, imprímense placas personalizadas con po de titanio, logo próbanse, envíanse ao Reino Unido e esterilízanse no Hospital do Condado como preparación para a cirurxía».

Os parafusos de titanio impresos en 3D de CoreLink presentan unha estrutura porosa que promove o crecemento óseo e as novas articulacións de titanio para dedos específicas para pacientes do FingerKit Consortium

Os médicos do Hospital Manipal, na India, empregaron titanio impreso en 3D cando trataron a un paciente con cancro cuxo tumor lle estaba a destruír o peito en 2022. En xeral, os implantes deste tamaño serían demasiado pesados ​​para o corpo humano, pero debido a que o titanio é lixeiro e moi resistente, cun peso inferior a 250 gramos, é ideal para imprimir implantes dentro do corpo. Grazas ao éxito do implante impreso en 3D, o paciente recuperouse completamente e puido volver á súa vida normal sen depender de máquinas externas para axudalo a respirar.

△Mediante a impresión 3D de titanio, Angel Cycle Works conseguiu reducir significativamente o peso e optimizar o deseño da nova bicicleta Heaven

O titanio impreso en 3D é común nas bicicletas de alto rendemento actuais. O titanio úsase en bielas, manetas de freo, potencias, patas de desviador e mesmo en cadros completos. O titanio é tan forte como o aluminio e tan lixeiro como a fibra de carbono, sen os problemas de sustentabilidade da fibra de carbono. O fabricante de bicicletas Carbon Wasp explica por que está a abandonar o aluminio e a fibra de carbono en favor do uso de titanio impreso en 3D para construír as súas últimas bielas de posvenda. Carbon Wasp dixo: "Ideamos todo tipo de formas creativas de suxeitar a biela ao eixe da caixa de cambios sen apertar a fibra de carbono, pero sempre había que usar algúns insertos metálicos e pegar os insertos á fibra de carbono tería problemas. A preguntas interminables. Despois dalgúns prototipos, Carbon Wasp descubriu que unha biela de titanio chea de celosía impresa en 3D é tan lixeira como o carbono pero máis forte en zonas moi propensas a impactos. Seguimos pensando que a fibra de carbono é o mellor para moitos outros usos. Materiais, incluído o cadro, pero xa estamos a traballar noutras pezas de titanio".

Falando de cadros completos, o fabricante de bicicletas Angel Cycle Works di que imprimiu en 3D un cadro totalmente de titanio nun compoñente lixeiro, o que reduce segundos cruciais aos tempos de carreira e permite novas xeometrías de deseño. A súa nova superbike, chamada Heaven, é 400 gramos máis lixeira que a versión anterior. Outro cadro de aliaxe totalmente de titanio lanzado por Pilot este ano chámase Pilot Seiren. O cadro da bicicleta de estrada está impreso enteiramente en 3D a partir de titanio (dividido en tres partes). A empresa di que a impresión en 3D de titanio permítelle personalizar a bicicleta segundo as preferencias do ciclista e o cadro non require ningunha pintura nin revestimento.

A empresa de bicicletas Mythos ofrece aos seus clientes unha gama de pezas de titanio impresas en 3D, incluídos estes manillares, mentres que Verve Cycling (dereita) ofrece novas bielas de titanio impresas en 3D.

GKN Aerospace planea incorporar unha nova impresora 3D de titanio a grande escala á súa fábrica de Texas

Dado que a NASA só precisa un, a impresión en 3D de compoñentes de titanio para o brazo despregable lunar ten máis sentido que a fabricación tradicional.

● Fabricación

O fabricante de semicondutores ASML agora imprime en 3D en lugar de forxar preformas de bandexas portadoras de titanio (usadas na produción de obleas), o que aforra un 64 % en materias primas e as entrega máis rápido. Norsk Titanium, unha empresa de fabricación aditiva de metal que utiliza unha plataforma de deposición de enerxía dirixida (DED), está a imprimir 80 quilogramos (aproximadamente 176 libras) de preformas de forma case neta con Ti64 para o seu uso na produción de obleas de semicondutores.

Soporte de cubo de roda de aliaxe de titanio impreso en 3D fabricado pola Universidade de Washington

△Po de titanio

Varias empresas, incluída Virtual Foundry, ofrecen fío de titanio para modelado por deposición fundida (FDM) baseado en extrusoras. O material contén po metálico incrustado en PLA e pódese imprimir con impresoras FDM a temperaturas de extrusora superiores a 205 °C. Tras o posprocesamento e a sinterización, estes filamentos poden producir pezas metálicas cun contido de metal superior ao 90 %, o que os fai axeitados para a creación de prototipos.

△O laboratorio de impresión 3D de metal da universidade, Centro Conxunto para o Despregamento e a Investigación de Materiais Abundantes na Terra de Washington, fabrica pezas de titanio

En resumo, o desenvolvemento futuro do titanio impreso en 3D está cheo de esperanza e xogará un papel máis importante en moitos campos. Mediante a continua innovación tecnolóxica e a expansión de aplicacións, o titanio impreso en 3D traerá á sociedade pezas metálicas máis cómodas, eficientes e de alta calidade.