टाइटेनियम मिश्र धातु की 3डी प्रिंटिंग के अनुप्रयोग क्षेत्र और विकास

टाइटेनियम एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली धातुओं में से एक है और इसका उपयोग एयरोस्पेस, जोड़ों के प्रतिस्थापन और सर्जिकल उपकरणों, रेसिंग और साइकिल फ्रेम, इलेक्ट्रॉनिक्स और अन्य उच्च-प्रदर्शन उत्पादों में किया जाता है। टाइटेनियम और टाइटेनियम-आधारित मिश्र धातुओं को विभिन्न उद्योगों द्वारा उनकी उच्च यांत्रिक शक्ति, उच्च शक्ति-से-भार अनुपात और स्टेनलेस स्टील की तुलना में बेहतर संक्षारण प्रतिरोध के लिए महत्व दिया जाता है। इस सामग्री के उपयोग से रॉकेट और विमानों को हल्का बनाया जा सकता है, जिससे ईंधन की बचत होती है और पेलोड क्षमता बढ़ती है। इसका उपयोग स्मार्टफोन और वीआर गॉगल्स जैसे हल्के इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ-साथ मेडिकल इम्प्लांट्स बनाने में भी किया जा सकता है। इसके अलावा, जब टाइटेनियम के अंतर्निहित गुणों को 3डी प्रिंटिंग की अनूठी क्षमताओं के साथ जोड़ा जाता है, तो इसके लाभ और भी स्पष्ट हो जाते हैं। तो, 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम के विशिष्ट उपयोग क्या हैं? टाइटेनियम के सामान्य उपयोग क्या हैं? प्रिंटरबाजार में उपलब्ध हैं?

△3डी प्रिंटेड टाइटेनियम पार्ट्स

जीई एडिटिव से हिप जॉइंट, सियाकी से पंखे के ब्लेड, आर्कम डार्कर से रॉकेट के सिरे, 3डी सिस्टम्स से टाइटेनियम जाली घटक, ईओएस से टाइटेनियम स्टेंट, ज़ेनिथ टेक्नीका से सर्जिकल स्पाइनल इम्प्लांट।

3डी प्रिंटिंग इससे कच्चे माल की बर्बादी को कम करते हुए टाइटेनियम का अधिक कुशल उत्पादन संभव हो पाता है। एक एडिटिव तकनीक होने के नाते, मेटल 3D प्रिंटिंग में आमतौर पर पार्ट बनाने के लिए आवश्यक सामग्री के साथ-साथ अपेक्षाकृत कम मात्रा में सहायक संरचनात्मक सामग्री का ही उपयोग होता है। 3D प्रिंटिंग जटिल डिज़ाइनों को भी संभव बनाती है, जैसे कि आंतरिक चैनल और वजन कम करने के लिए खोखले या जालीदार पार्ट बनाना, जो किसी अन्य निर्माण विधि से संभव नहीं है। मोल्ड या टूलिंग की आवश्यकता न होने के कारण, टाइटेनियम 3D प्रिंटिंग से लागत प्रभावी तरीके से रोगी-विशिष्ट इम्प्लांट, प्रोटोटाइप और अनुसंधान उपकरण जैसे अद्वितीय पार्ट बनाए जा सकते हैं। विनिर्माण, स्वास्थ्य सेवा, अंतरिक्ष अन्वेषण और अन्य क्षेत्रों में टाइटेनियम की 3D प्रिंटिंग के अनगिनत उदाहरण मौजूद हैं।

3डी प्रिंटिंग में टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग होता है

△2023 में, पैनेराई ने 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम केस से लैस सबमर्सिबल एस ब्राबस PAM01283 लॉन्च किया। दाईं ओर की तस्वीर दिखाती है कि होल्थिनरिक्स डीकंस्ट्रक्टेड ने पहली 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम घड़ी लॉन्च की।

टाइटेनियम 3डी प्रिंटिंग का उपयोग पहले से ही चिकित्सा उपकरणों, परफॉर्मेंस साइकिलों, लक्जरी घड़ियों और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे विविध उत्पादों के उत्पादन के लिए व्यापक रूप से किया जा रहा है, इस उम्मीद के साथ कि नवीन, अक्सर कस्टम डिजाइनों के माध्यम से हल्के लेकिन मजबूत उत्पाद प्रदान किए जा सकेंगे।

● सटीक उत्पाद और इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद

3D प्रिंटिंग से बेहद पतली दीवारों वाले, जटिल टाइटेनियम के पुर्जे बनाए जा सकते हैं, जिनका इस्तेमाल अक्सर घड़ियों के केस बनाने में किया जाता है, जैसे कि ऊपर दिखाई गई पैनेराई और होल्थिनरिच्स घड़ियाँ। कहा जा रहा है कि टाइटेनियम मिश्र धातु से बने घड़ी के केस जल्द ही एप्पल वॉच अल्ट्रा का भी हिस्सा बनेंगे।

△2023 के Honor Magic V2 फोल्डिंग स्मार्टफोन में इस्तेमाल किया गया 3D प्रिंटेड टाइटेनियम अलॉय हिंज शिफ्ट कवर

2023 में, स्मार्टफोन निर्माता ऑनर ने अपना नया फोल्डेबल मैजिक वी2 लॉन्च किया, जिसमें 3डी-प्रिंटेड टाइटेनियम से बना हिंज्ड शिफ्ट कवर है जो पिछले एल्यूमीनियम संस्करण से हल्का और 150% अधिक मजबूत है। ऑनर ने कहा कि टाइटेनियम का यह छोटा सा टुकड़ा, जिसे हजारों की संख्या में 3डी प्रिंट किया जा सकता है, उत्पाद की मजबूती और सुचारू रूप से फोल्ड और अनफोल्ड होने की क्षमता का मुख्य कारण है।

● चिकित्सा और दंत प्रत्यारोपण

△अमेरिकन ऑर्थोफिक्स मेडिकल के 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम इम्प्लांट कंस्ट्रक्स मिमी टीआई स्पेसर सिस्टम को 2021 में अमेरिकी एफडीए द्वारा अनुमोदित किया गया था।

चिकित्सा उद्योग में, 3D प्रिंटेड टाइटेनियम इम्प्लांट रीढ़, कूल्हे, घुटने और अन्य अंगों के लिए कारगर साबित हुए हैं। इसका कारण धातु की अंतर्निहित जैव अनुकूलता और अच्छे यांत्रिक गुण हैं, साथ ही अनुकूलित छिद्रपूर्ण संरचनाओं (जिससे अस्थि एकीकरण संभव होता है) को 3D प्रिंट करने की क्षमता और बेहतर रोगी परिणामों के लिए बड़े पैमाने पर अनुकूलन की सुविधा भी है। 3D प्रिंटेड टाइटेनियम इम्प्लांट को नियामक स्वीकृति और मांग दोनों मिल रही हैं। चूंकि अधिकांश चिकित्सा इम्प्लांट एक ही स्थिति वाले बड़ी संख्या में लोगों के लिए बनाए जाते हैं, इसलिए वे सभी के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं। दुर्लभ बीमारियों से पीड़ित लोग अक्सर इससे वंचित रह जाते हैं। अब, 3D प्रिंटिंग की मदद से, व्यक्तिगत रोगियों के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए इम्प्लांट बनाना संभव है।

2023 में, यूके के एक सर्जन ने एक ही दिन में कलाई की चार सर्जरी कीं, जिसमें पहले से टूटी हुई कलाई की विकृतियों को ठीक करने के लिए रोगी-विशिष्ट 3डी-प्रिंटेड टाइटेनियम प्लेटों का उपयोग किया गया। डॉ. अक्षय मल्होत्रा, सलाहकार ऑर्थोपेडिक सर्जन और हाथों और कलाई के लिए क्लिनिकल लीड, ने कहा: “एक बार यह योजना प्रक्रिया पूरी हो जाने के बाद, टाइटेनियम पाउडर का उपयोग करके विशेष रूप से तैयार की गई प्लेटें प्रिंट की जाती हैं, फिर उनका परीक्षण किया जाता है, यूके भेजा जाता है और सर्जरी की तैयारी में काउंटी अस्पताल में उन्हें स्टेरलाइज़ किया जाता है।”

△कोरलिंक के 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम स्क्रू में एक छिद्रयुक्त संरचना होती है जो हड्डी के विकास को बढ़ावा देती है, और फिंगरकिट कंसोर्टियम के नए रोगी-विशिष्ट टाइटेनियम उंगली के जोड़ भी इसी श्रेणी में आते हैं।

भारत के मणिपाल अस्पताल के डॉक्टरों ने 2022 में एक कैंसर रोगी के इलाज के लिए 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम का इस्तेमाल किया, जिसके ट्यूमर ने उसकी छाती को नष्ट कर दिया था। आम तौर पर, इतने बड़े आकार के प्रत्यारोपण मानव शरीर के लिए बहुत भारी होते हैं, लेकिन टाइटेनियम हल्का और अत्यधिक मजबूत होता है, जिसका वजन 250 ग्राम से भी कम होता है, इसलिए यह शरीर के अंदर प्रत्यारोपण के लिए आदर्श है। 3डी प्रिंटेड प्रत्यारोपण की सफलता के कारण, रोगी पूरी तरह से ठीक हो गया और सांस लेने में मदद के लिए बाहरी मशीनों पर निर्भर हुए बिना अपने सामान्य जीवन में लौट सका।

△टाइटेनियम 3डी प्रिंटिंग के माध्यम से, एंजेल साइकिल वर्क्स ने नई हेवन बाइक का वजन काफी कम करने और डिजाइन को बेहतर बनाने में सफलता हासिल की है।

आजकल की परफॉर्मेंस बाइकों में 3D प्रिंटेड टाइटेनियम का इस्तेमाल आम है। टाइटेनियम का उपयोग क्रैंक, ब्रेक लीवर, स्टेम, डेरेलियर हैंगर और यहां तक ​​कि पूरे फ्रेम में भी किया जाता है। टाइटेनियम एल्युमीनियम जितना मजबूत और कार्बन फाइबर जितना हल्का होता है, लेकिन कार्बन फाइबर की तरह इसमें पर्यावरण संबंधी समस्याएं नहीं होतीं। बाइक निर्माता कार्बन वास्प ने बताया कि वे अपने नवीनतम आफ्टरमार्केट क्रैंक आर्म्स के निर्माण में एल्युमीनियम और कार्बन फाइबर की जगह 3D प्रिंटेड टाइटेनियम का उपयोग क्यों कर रहे हैं। कार्बन वास्प ने कहा: “हमने कार्बन फाइबर को दबाए बिना क्रैंक को गियरबॉक्स शाफ्ट से जोड़ने के कई रचनात्मक तरीके सोचे, लेकिन हमेशा कुछ मेटल इंसर्ट की आवश्यकता होती थी, और इंसर्ट को कार्बन फाइबर से चिपकाने में समस्या आती थी। अनगिनत सवालों के जवाब में, कुछ प्रोटोटाइपिंग के बाद, कार्बन वास्प ने पाया कि 3D प्रिंटेड लैटिस-फिल्ड टाइटेनियम क्रैंक कार्बन जितना ही हल्का है, लेकिन अत्यधिक प्रभाव वाले क्षेत्रों में अधिक मजबूत है। हम अभी भी मानते हैं कि फ्रेम सहित कई अन्य उपयोगों के लिए कार्बन फाइबर सबसे अच्छा मटेरियल है, लेकिन हम पहले से ही अन्य टाइटेनियम पार्ट्स पर काम कर रहे हैं।”

फुल फ्रेम की बात करें तो, बाइक निर्माता एंजेल साइकिल वर्क्स का कहना है कि उन्होंने एक हल्के कंपोनेंट में पूरी तरह से टाइटेनियम का फ्रेम 3D प्रिंट किया है, जिससे रेस के समय में महत्वपूर्ण सेकंड की बचत होती है और नए डिजाइन ज्योमेट्री संभव हो पाते हैं। उनकी नई सुपरबाइक, जिसका नाम हेवन है, पिछले वर्जन से 400 ग्राम हल्की है। पायलट द्वारा इस साल लॉन्च किया गया एक और पूरी तरह से टाइटेनियम अलॉय फ्रेम है, जिसका नाम पायलट सेरेन है। इस रोड बाइक का फ्रेम पूरी तरह से टाइटेनियम से 3D प्रिंट किया गया है (तीन भागों में विभाजित)। कंपनी का कहना है कि टाइटेनियम को 3D प्रिंट करने से राइडर की पसंद के अनुसार बाइक को कस्टमाइज़ किया जा सकता है, और फ्रेम को किसी पेंट या कोटिंग की आवश्यकता नहीं होती है।

△साइकिल कंपनी मिथोस ग्राहकों को 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम पार्ट्स की एक श्रृंखला प्रदान करती है, जिसमें ये हैंडलबार भी शामिल हैं, जबकि वर्व साइक्लिंग (दाईं ओर) नए 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम क्रैंक प्रदान करती है।

△जीकेएन एयरोस्पेस ने टेक्सास स्थित अपने कारखाने में एक नया बड़े पैमाने का टाइटेनियम 3डी प्रिंटर जोड़ने की योजना बनाई है।

△चूंकि नासा को केवल एक ही घटक की आवश्यकता है, इसलिए चंद्र तैनाती योग्य भुजा के लिए टाइटेनियम घटकों की 3डी प्रिंटिंग पारंपरिक विनिर्माण की तुलना में अधिक उपयुक्त है।

● विनिर्माण

सेमीकंडक्टर निर्माता ASML अब टाइटेनियम कैरियर ट्रे प्रीफॉर्म (जो वेफर उत्पादन में उपयोग होते हैं) को गढ़ने के बजाय 3D प्रिंटिंग द्वारा बना रही है, जिससे कच्चे माल में 64% की बचत हो रही है और इनकी आपूर्ति भी तेजी से हो रही है। डायरेक्टेड एनर्जी डिपोजिशन (DED) प्लेटफॉर्म का उपयोग करने वाली मेटल एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग कंपनी नॉर्स्क टाइटेनियम, सेमीकंडक्टर वेफर उत्पादन में उपयोग के लिए Ti64 से लगभग 80 किलोग्राम (लगभग 176 पाउंड) के लगभग तैयार प्रीफॉर्म प्रिंट कर रही है।

△वाशिंगटन विश्वविद्यालय द्वारा निर्मित 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम मिश्र धातु व्हील हब ब्रैकेट

△टाइटेनियम पाउडर

वर्चुअल फाउंड्री सहित कई कंपनियां एक्सट्रूडर-आधारित फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग (एफडीएम) के लिए टाइटेनियम तार उपलब्ध कराती हैं। इस सामग्री में पीएलए में धातु का पाउडर मिला होता है और इसे 205 डिग्री सेल्सियस से अधिक के एक्सट्रूडर तापमान पर एफडीएम प्रिंटर का उपयोग करके प्रिंट किया जा सकता है। पोस्ट-प्रोसेसिंग और सिंटरिंग के बाद, इन फिलामेंट्स से 90% से अधिक धातु सामग्री वाले धातु के पुर्जे बनाए जा सकते हैं, जो इन्हें प्रोटोटाइपिंग के लिए उपयुक्त बनाते हैं।

△वाशिंगटन जॉइंट सेंटर फॉर अर्थ एबंडेंट मैटेरियल्स डिप्लॉयमेंट एंड रिसर्च की यूनिवर्सिटी मेटल 3डी प्रिंटिंग प्रयोगशाला टाइटेनियम से पुर्जे बनाती है।

संक्षेप में, 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम का भविष्य आशाजनक है और कई क्षेत्रों में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका होगी। निरंतर तकनीकी नवाचार और अनुप्रयोग विस्तार के माध्यम से, 3डी प्रिंटेड टाइटेनियम समाज को अधिक सुविधाजनक, कुशल और उच्च गुणवत्ता वाले धातु के पुर्जे उपलब्ध कराएगा।