Титан қорытпасынан жасалған 3D басып шығарудың қолданылу салалары және дамуы

Титан аддитивті өндірісте ең көп қолданылатын металдардың бірі болып табылады және аэроғарыш, буындарды ауыстыру және хирургиялық құралдарда, жарыс және велосипед рамаларында, электроникада және басқа да жоғары өнімді өнімдерде қолданылады. Титан және титан негізіндегі қорытпалар әртүрлі салаларда жоғары механикалық беріктігі, жоғары беріктік-салмақ қатынасы және тот баспайтын болатқа қарағанда жақсы коррозияға төзімділігі үшін бағаланады. Бұл материалды пайдалану зымырандар мен ұшақтарды жеңілдетеді, осылайша отынды үнемдейді және пайдалы жүктемені арттырады. Оны смартфондар мен VR көзілдіріктері сияқты жеңіл электроника жасау үшін, сондай-ақ медициналық имплантаттар үшін де пайдалануға болады. Сонымен, титанның ішкі қасиеттері 3D басып шығарудың бірегей мүмкіндіктерімен біріктірілгенде, артықшылықтары одан да айқын болады. Сонымен, 3D басып шығарылған титанның нақты қолданылуы қандай? Титанның кең таралған түрлері қандай? Принтернарықта ма?

△3D басып шығарылған титан бөлшектері

GE Additive компаниясының жамбас буындары, Sciaky компаниясының желдеткіш қалақшалары, Arcam Darker компаниясының зымыран ұштары, 3D Systems компаниясының титан торының компоненттері, EOS компаниясының титан стенттері, Zenith Tecnica компаниясының хирургиялық жұлын имплантаттары

3D басып шығару Шикізат қалдықтарын азайта отырып, титанды тиімдірек өндіруге мүмкіндік береді. Қоспа технологиясы ретінде металл 3D басып шығару әдетте бөлшекті жасау үшін қажетті материалдарды ғана емес, сонымен қатар салыстырмалы түрде аз мөлшерде тірек құрылымдық материалын пайдаланады. 3D басып шығару сонымен қатар басқа өндіріс әдісімен мүмкін емес салмақты азайту үшін ішкі арналар мен қуыс немесе торлы бөлшектер сияқты күрделі конструкцияларды жасауға мүмкіндік береді. Қалыптар немесе құрал-саймандар болмағандықтан, титан 3D басып шығару пациентке арналған имплантаттар, прототиптер және зерттеу құралдары сияқты бірегей бөлшектерді тиімді түрде жасай алады. Өндірісті, денсаулық сақтауды, ғарышты зерттеуді және т.б. дамыту үшін титанды 3D басып шығарудың сансыз мысалдары бар.

3D басып шығару титан қорытпасын қолдану

△2023 жылы Panerai компаниясы 3D басып шығарылған титан корпусымен жабдықталған Submersible S Brabus PAM01283 сағатын шығарды. Оң жақтағы суретте Holthinrichs Deconstructed компаниясының алғашқы 3D басып шығарылған титан сағатын шығарғаны көрсетілген.

Титаннан жасалған 3D басып шығару медициналық құрылғылар, жоғары сапалы велосипедтер, сәнді сағаттар және тұтынушылық электроника сияқты әртүрлі өнімдерді шығару үшін кеңінен қолданылады, инновациялық, көбінесе тапсырыс бойынша жасалған дизайндар арқылы жеңіл, бірақ берік өнімдерді жеткізуге үміттенеді.

● Дәлдік өнімдері және электрондық өнімдері

3D басып шығару өте жұқа қабырғалы, күрделі титан бөлшектерін шығаруға мүмкіндік береді, олар көбінесе жоғарыда көрсетілген Panerai және Holthinrichs сағаттары сияқты сағат қаптамаларын жасау үшін қолданылады. Титан қорытпасынан жасалған сағат қаптамалары да Apple Watch Ultra-ның болашақ бөлігі болады деп айтылуда.

△2023 жылғы Honor Magic V2 бүктелетін смартфонында қолданылған 3D басып шығарылған титан қорытпасынан жасалған топсалы ауыстырғыш қақпақ

2023 жылы смартфон өндірушісі Honor компаниясы алдыңғы алюминий нұсқасына қарағанда жеңілірек және 150%-ға берік 3D басып шығарылған титаннан жасалған топсалы жылжымалы қақпағы бар жаңа бүктелетін Magic V2 телефонын шығарды. Honor компаниясының айтуынша, ондаған мыңдаған данада 3D басып шығаруға болатын бұл кішкентай титан бөлігі өнімнің беріктігінің және тегіс бүктеліп, жайылуының кілті болып табылады.

● Медициналық және стоматологиялық имплантаттар

△American Orthofix Medical компаниясының 3D басып шығарылған титан имплантаты Construx Mimi Ti Spacer System 2021 жылы АҚШ FDA мақұлдаған.

Медицина саласында 3D басып шығарылған титан имплантаттары металлдың биоүйлесімділігі мен жақсы механикалық қасиеттеріне байланысты омыртқа, жамбас, тізе және аяқ-қолдарда сәтті қолданылды, сонымен қатар кеуекті құрылымдарды 3D басып шығару (осылайша остеоинтеграцияны қамтамасыз етеді) және пациенттердің нәтижелерін жақсарту үшін жаппай бейімдеу мүмкіндігімен үйлеседі. 3D басып шығарылған титан имплантаттары реттеушілердің мақұлдауына және сұранысына ие болуда. Көптеген медициналық имплантаттар бірдей ауруы бар көптеген адамдарды қамту үшін жасалғандықтан, олар барлығына бірдей жарамайды. Сирек кездесетін аурулары бар адамдар көбінесе шеттетіледі. Енді 3D басып шығару арқылы жеке пациенттерге арналған имплантаттарды шығаруға болады.

2023 жылы Ұлыбританиядағы хирург бір күні білекке төрт операция жасап, бұрын сынған білек деформацияларын түзету үшін пациентке арналған 3D басып шығарылған титан пластиналарын қолданды. Ортопед-хирург және қол мен білек буындарының клиникалық жетекшісі, кеңесші доктор Акшай Малхотра былай деді: «Бұл жоспарлау процесі аяқталғаннан кейін, арнайы пластиналар титан ұнтағын пайдаланып басып шығарылады, содан кейін тексеріліп, Ұлыбританияға жіберіліп, операцияға дайындық ретінде округтік ауруханада зарарсыздандырылады».

△CoreLink компаниясының 3D басып шығарылған титан бұрандалары сүйектің өсуіне ықпал ететін кеуекті құрылымға және FingerKit консорциумының жаңа пациентке арналған титан саусақ буындарына ие.

Үндістандағы Манипал ауруханасының дәрігерлері 2022 жылы кеуде қуысының ісігін зақымдап жатқан қатерлі ісік ауруын емдеген кезде 3D басып шығарылған титанды пайдаланды. Жалпы алғанда, мұндай өлшемдегі имплантаттар адам ағзасына тым ауыр болады, бірақ титан жеңіл және өте берік, салмағы 250 грамнан аз болғандықтан, ол импланттарды дененің ішіне басып шығару үшін өте қолайлы. 3D басып шығарылған импланттың табысының арқасында пациент толық сауығып, тыныс алуына көмектесетін сыртқы құрылғыларға сүйенбей, қалыпты өміріне орала алды.

△Титан 3D басып шығару арқылы Angel Cycle Works жаңа Heaven велосипедінің салмағын айтарлықтай азайтып, дизайнын оңтайландыра алды

3D басып шығарылған титан бүгінгі күнгі жоғары өнімді велосипедтерде кең таралған. Титан иінді біліктерде, тежегіш тұтқаларында, сабақтарда, қозғалтқыш ілгіштерінде және тіпті толық рамаларда қолданылады. Титан алюминий сияқты берік және көміртекті талшық сияқты жеңіл, көміртекті талшықтың тұрақтылық мәселелері жоқ. Велосипед өндірушісі Carbon Wasp компаниясы алюминий мен көміртекті талшықтан бас тартып, ең соңғы сатылымнан кейінгі иінді біліктерін жасау үшін 3D басып шығарылған титанды пайдаланудың пайдасына неліктен екенін түсіндіреді. Carbon Wasp былай деді: «Біз көміртекті талшықты қыспай, иінді білікшені беріліс қорабының білігіне бекітудің барлық шығармашылық тәсілдерін ойлап таптық, бірақ әрқашан металл кірістірулер қажет болды, ал кірістірулерді көміртекті талшыққа желімдеу қиындықтар туғызар еді. Шексіз сұрақтарға жауап. Біраз прототип жасағаннан кейін Carbon Wasp 3D басып шығарылған тормен толтырылған титан кірістіру көміртектідей жеңіл, бірақ соққыға өте бейім жерлерде берік екенін анықтады. Біз әлі де көміртекті талшық раманы қоса алғанда, басқа да көптеген материалдар үшін ең жақсы деп санаймыз, бірақ біз қазірдің өзінде басқа титан бөлшектерімен жұмыс істеп жатырмыз».

Толық рамалар туралы айтатын болсақ, велосипед өндірушісі Angel Cycle Works компаниясы толық титан рамасын бір жеңіл компонентте 3D басып шығарғанын, бұл жарыс уақытын маңызды секундтардан қысқартып, жаңа дизайн геометрияларын жасауға мүмкіндік беретінін айтады. Оның Heaven деп аталатын жаңа супербайкі алдыңғы нұсқасынан 400 граммға жеңіл. Pilot компаниясы биыл шығарған тағы бір толық титан қорытпасынан жасалған рама Pilot Seiren деп аталады. Жол велосипедінің рамасы толығымен титаннан 3D басып шығарылған (үш бөлікке бөлінген). Компанияның айтуынша, титанды 3D басып шығару велосипедті шабандоздың қалауына қарай реттеуге мүмкіндік береді және рама ешқандай бояу немесе жабынды қажет етпейді.

△Mythos велосипед компаниясы тұтынушыларға рульдерді қоса алғанда, 3D басып шығарылған титан бөлшектерінің кең ауқымын ұсынады, ал Verve Cycling (оң жақта) жаңа 3D басып шығарылған титан иінді дөңгелектерін ұсынады.

△GKN Aerospace компаниясы Техастағы зауытына жаңа ірі көлемді титан 3D принтерін қосуды жоспарлап отыр

△NASA-ға тек біреу ғана қажет болғандықтан, Айға орналастырылатын қолға арналған титан компоненттерін 3D басып шығару дәстүрлі өндіріске қарағанда тиімдірек.

● Өндіріс

Жартылай өткізгіш өндіруші ASML қазір титан тасымалдаушы науа преформаларын (пластина өндірісінде қолданылады) соғудың орнына 3D басып шығаруды жүзеге асыруда, бұл шикізатты 64% үнемдеуге және оларды жылдам жеткізуге мүмкіндік береді. Бағытталған энергия тұндыру (DED) платформасын пайдаланатын металл қоспаларын өндіруші Norsk Titanium компаниясы жартылай өткізгіш пластина өндірісінде пайдалану үшін Ti64 көмегімен 80 килограмм (шамамен 176 фунт) торға жақын пішінді преформаларды басып шығаруда.

△Вашингтон университеті шығарған 3D басып шығарылған титан қорытпасынан жасалған дөңгелектің орталық кронштейні

△Титан ұнтағы

Virtual Foundry компаниясын қоса алғанда, бірнеше компания экструдер негізіндегі балқытылған тұндыру модельдеу (FDM) үшін титан сымын ұсынады. Материалдың құрамында PLA-ға енгізілген металл ұнтағы бар және оны 205 °C-тан жоғары экструдер температурасында FDM принтерлерін пайдаланып басып шығаруға болады. Кейінгі өңдеуден және күйдіруден кейін бұл жіпшелер 90%-дан астам металл құрамы бар металл бөлшектерін шығара алады, бұл оларды прототиптеуге жарамды етеді.

△Университеттің металл 3D басып шығару зертханасы, Вашингтонның Жерге бай материалдарды орналастыру және зерттеу жөніндегі бірлескен орталығы титаннан бөлшектер жасайды

Қысқасы, 3D басып шығарылған титанның болашақтағы дамуы үмітке толы және көптеген салаларда үлкен рөл атқаратын болады. Үздіксіз технологиялық инновациялар мен қолданбаны кеңейту арқылы 3D басып шығарылған титан қоғамға ыңғайлы, тиімді және жоғары сапалы металл бөлшектерін әкеледі.