Leave Your Message

Uwendungsfelder an Entwécklung vum 3D-Drock aus Titanlegierungen

24.07.2024

Titan ass ee vun de meescht benotzte Metaller an der additiver Fabrikatioun a gëtt an der Loft- a Raumfaart, Gelenkersatz- a chirurgeschen Instrumenter, Renn- a Vëlosrahmen, Elektronik an aner héichperformante Produkter benotzt. Titan a Titanlegierungen gi vu verschiddenen Industrien fir hir héich mechanesch Stäerkt, hiert héicht Festigkeits-Gewiichtsverhältnis a besser Korrosiounsbeständegkeet wéi Edelstol geschätzt. D'Benotzung vun dësem Material kann Rakéiten a Fligeren méi liicht maachen, wouduerch Brennstoff gespuert gëtt an d'Notzlaascht erhéicht gëtt. Et kéint och benotzt ginn fir méi liicht Elektronik wéi Smartphones a VR-Briller ze maachen, souwéi a medizineschen Implantater. Ausserdeem, wann déi inherent Eegeschafte vum Titan mat den eenzegaartege Fäegkeete vum 3D-Drock kombinéiert ginn, ginn d'Virdeeler nach méi offensichtlech. Also, wat sinn déi spezifesch Uwendungen vum 3D-gedréckten Titan? Wat sinn déi üblech Titan... Dréckers um Maart?

 

img1nmp

△3D-gedréckte Titandeeler

Hüftgelenker vu GE Additive, Ventilatorblades vu Sciaky, Rakéitespitzen vun Arcam Darker, Titangitterkomponenten vun 3D Systems, Titanstenten vun EOS, chirurgesch Wirbelsäuleimplantater vu Zenith Tecnica


3D-Dréckerei erméiglecht eng méi effizient Fabrikatioun vun Titan, während de Rohmaterialverschwendung reduzéiert gëtt. Als additiv Technologie benotzt den 3D-Metalldruck typescherweis nëmmen déi Materialien, déi fir de Bau vum Deel gebraucht ginn, zesumme mat enger relativ klenger Quantitéit u strukturellem Ënnerstëtzungsmaterial. Den 3D-Drock erméiglecht och komplex Designen, wéi intern Kanäl an huel oder mat Gitter gefëllte Deeler fir d'Gewiicht ze reduzéieren, déi mat kenger anerer Fabrikatiounsmethod méiglech sinn. Well et keng Formen oder Tools gëtt, kann den 3D-Titandruck kosteneffektiv eenzegaarteg Deeler wéi patientenspezifesch Implantater, Prototypen a Fuerschungsinstrumenter erstellen. Et gëtt onzueleg Beispiller vum 3D-Drock vu Titan fir d'Produktioun, d'Gesondheetswiesen, d'Weltraumfuerschung a méi virunzedreiwen.

 

Uwendungen vun 3D-Dréck Titanlegierungen

img24f7

△Am Joer 2023 huet Panerai d'Submersible S Brabus PAM01283 mat engem 3D-gedréckten Titangehäuse erausbruecht. D'Bild riets weist, datt Holthinrichs Deconstructed déi éischt 3D-gedréckte Titanauer erausbruecht huet.


Titan-3D-Drock gëtt scho wäit verbreet benotzt fir Produkter ze produzéieren, déi sou divers sinn ewéi medizinesch Apparater, Performance-Vëloe, Luxusaueren a Konsumentelektronik, mat der Hoffnung, liicht awer staark Produkter duerch innovativ, dacks personaliséiert Designen ze liwweren.


● Präzisiounsprodukter an elektronesch Produkter


3D-Dréckerei kann ganz dënnwandeg, komplex Titandeeler produzéieren, déi dacks fir Auergehäuse benotzt ginn, wéi zum Beispill d'Panerai an Holthinrichs Aueren, déi uewe gewisen sinn. Et gëtt gesot, datt Auergehäuse aus Titanlegierung och en zukünftegen Deel vun der Apple Watch Ultra wäerte sinn.


img3itx

△3D-gedréckte Scharnierverschluss aus Titanlegierung, déi am 2023 Honor Magic V2 Klappsmartphone benotzt gëtt

 

Am Joer 2023 huet de Smartphone-Hiersteller Honor säin neie klappbare Magic V2 erausbruecht, deen eng 3D-gedréckte Titan-Schalterdeckel huet, déi méi liicht an 150% méi staark ass wéi déi virdrun Aluminiumversioun. Honor sot, datt dëst klengt Titanstéck, dat a Zéngdausende 3D-gedréckt ka ginn, de Schlëssel zur Haltbarkeet vum Produkt a sengem reibungslosen Zesumme- an Ausklappen ass.


● Medizinesch an Zännimplantater

img4wiy

△Den 3D-gedréckten Titanimplantat Construx Mimi Ti Spacer System vun American Orthofix Medical gouf 2021 vun der US FDA guttgeheescht.


An der Medizinindustrie si 3D-gedréckte Titanimplantater erfollegräich fir Uwendungen an der Wirbelsail, Hüft, Knéi an Extremitéiten gewiescht, wéinst der inherenter Biokompatibilitéit a gudde mechaneschen Eegeschafte vum Metall, gekoppelt mat der Fäegkeet, personaliséiert poréis Strukturen am 3D-Drock ze maachen (doduerch gëtt Osseointegratioun erméiglecht) a Massepersonaliséierung fir besser Patientenresultater. 3D-gedréckte Titanimplantater kréien ëmmer méi Zoustëmmung vun de Reguléierungsautoritéiten a ginn ëmmer méi gefrot. Well déi meescht medizinesch Implantater fir eng grouss Zuel vu Leit mat der selwechter Krankheet hiergestallt sinn, si se net fir jiddereen gëeegent. Leit mat rare Krankheeten ginn dacks ausgeschloss. Elo, mam 3D-Drock, ass et méiglech, Implantater ze produzéieren, déi speziell fir eenzel Patienten entwéckelt goufen.


Am Joer 2023 huet e Chirurg a Groussbritannien um selwechten Dag véier Handgelenkoperatiounen duerchgefouert, andeems hien patientenspezifesch 3D-gedréckte Titanplacke benotzt huet, fir virdru gebrach Handgelenkdeformatiounen ze korrigéieren. Den Dr. Akshay Malhotra, orthopädesche Chirurg a klinesche Leeder fir Hänn an Handgelenker, sot: "Soubal dëse Planungsprozess ofgeschloss ass, ginn no Mooss placke mat Titanpulver gedréckt, dann getest, a Groussbritannien geschéckt an am County Hospital steriliséiert, fir op d'Operatioun virzebereeden."


img5u8x

△Déi 3D-gedréckte Titanschrauwen vu CoreLink hunn eng poréis Struktur, déi de Knochenwuesstum fördert, an déi nei patientenspezifesch Titanfangergelenker vum FingerKit Consortium


D'Dokteren am Manipal Spidol an Indien hunn 3D-gedréckten Titan benotzt, wéi si 2022 e Kriibspatient behandelt hunn, deem säin Tumor seng Broscht zerstéiert huet. Am Allgemengen wieren Implantater vun dëser Gréisst ze schwéier fir de mënschleche Kierper ze droen, awer well Titan liicht a ganz staark ass, mat engem Gewiicht vu manner wéi 250 Gramm, ass et ideal fir Implantater am Kierper ze drécken. Dank dem Erfolleg vum 3D-gedréckten Implantat huet sech de Patient komplett erholl a konnt säin normales Liewe réckgängeg maachen, ouni op extern Maschinnen ugewisen ze sinn, fir him beim Atmen ze hëllefen.


Positiv Resultater goufen an enger Serie vu Studien erreecht, wou patientenspezifesch 3D-gedréckte Titan-Talus-Schanken fir Knöchel-Knachersatzchirurgie benotzt goufen. E Knachersatz bedeit, datt d'Patienten keen komplette Knöchelersatz brauchen. Den Talus ass e patientenspezifescht anatomescht Merkmal, dat un déi spezifesch Anatomie vum Patient ugepasst muss ginn. D'CT-Scan-Donnéeë vum Patient gi benotzt fir déi 3D-Deeler eenzegaarteg ze designen.

D'US-FDA huet 2023 3D-gedréckte Titanimplantater guttgeheescht, haaptsächlech fir Wirbelsäuleimplantater.

■Restor3d kritt am Joer 2023 d'Zustimmung fir den éischten 3D-gedréckten, patientenspezifeschen Apparat aus ganz Metall (Titan) fir Knöchelprothesen ze produzéieren.
■SurGenTec säin TiLink-P Titan-System fir d'Fusioun vun den Illiac-Kräizgelenker am hënneschte Beräich, dat 3D-gedréckt ass, gëtt 2023 lizenzéiert.
■FloSpin e kritt am Joer 2023 d'Zoustëmmung vun der FDA fir en 3D-gedréckten Implantat fir d'Ënnerstëtzung vun der Wirbelsail, genannt Tri-Largo Cervical Cage System.
■Den 3D-gedréckten Titan-konfiguréierten 3D-Zervikal-Interbody-Fusiounssystem vun Eminent Spine kritt 2023 d'Zoustëmmung vun der FDA.
■De Blackhawk Ti 3D-gedréckte Titan-Gebärmutterhalsspacer-System vu ChoiceSpine kritt 2023 eng FDA-Zoustëmmung.
■De Siber Ti-Kreislauf-Gelenkfusiounssystem vu CoreLink (porös, Nanosurface, 3D-gedréckten Titanimplantat) kritt 2023 eng FDA-Zoustëmmung.

● Vëlo

img6ujp

△Duerch den Titan-3D-Drock konnt Angel Cycle Works d'Gewiicht vum neien Heaven-Vëlo däitlech reduzéieren an den Design optimiséieren.


3D-gedréckten Titan ass hautdesdaags üblech bei Performance-Vëloen. Titan gëtt a Kurbelen, Bremsscheiwen, Stemm, Derailleurhänger a souguer Vollrahmen benotzt. Titan ass sou staark wéi Aluminium a sou liicht wéi Kuelefaser, ouni d'Nohaltegkeetsproblemer vu Kuelefaser. De Vëloshersteller Carbon Wasp erkläert, firwat hie Aluminium a Kuelefaser opginn huet, zugonschte vun 3D-gedréckten Titan fir seng lescht Aftermarket-Kurbeläerm ze bauen. Carbon Wasp sot: "Mir hunn all méiglech kreativ Weeër fonnt, fir d'Kurbel un d'Getriebewelle ze klemmen, ouni d'Kuelefaser zesummenzedrécken, awer et goufen ëmmer e puer Metallasätz gebraucht, an d'Asätz un d'Kuelefaser ze klemmen hätt Problemer mat sech bruecht. Op déi endlos Froen. No e puer Prototyping huet Carbon Wasp festgestallt, datt eng 3D-gedréckte Titan-Kurbel mat Gitterfëllung genee sou liicht wéi Kuelestoff ass, awer méi staark a ganz schlagufällege Beräicher. Mir mengen ëmmer nach, datt Kuelefaser fir vill aner Materialien, dorënner de Rahmen, am Beschten ass, awer mir schaffen schonn un aneren Titandeeler."


Apropos Vollrahmen, de Vëloshersteller Angel Cycle Works seet, datt hien e komplett Titanrahmen an engem liichte Komponent 3D-gedréckt huet, wat entscheedend Sekonne vun de Rennzäite reduzéiert an nei Designgeometrien erméiglecht. Säi neie Superbike, mam Numm Heaven, ass 400 Gramm méi liicht wéi déi virdrun Versioun. En anere komplett aus Titanlegierung erausbruechte Rahmen, dee Pilot dëst Joer lancéiert huet, heescht Pilot Seiren. De Rahmen vum Rennvelo ass komplett aus Titan 3D-gedréckt (an dräi Deeler opgedeelt). D'Firma seet, datt den 3D-Drock vun Titan et erlaabt, de Vëlo un d'Wënsch vum Fuerer unzepassen, an de Rahmen brauch keng Lackéierung oder Beschichtung.


img7u2r

△D'Vëlosfirma Mythos bitt hire Clienten eng Rei vun 3D-gedréckten Titandeeler un, dorënner dëse Lenker, während Verve Cycling (riets) nei 3D-gedréckten Titankursen ubitt.


Den Tim Blankers vu Pilot sot: „Den Drockprozess kann méi dënn Wanddicke produzéieren, wat zu engem méi liichten, méi staarke Kader ouni Belaaschtungspunkten féiert. De Kader weit just iwwer ee Kilogramm. Pilot kann och Material bäifügen, wou Steifheet gebraucht gëtt, fir d'Kraaftiwwerdroung ze optimiséieren.“

● Loftfaart

img8viq

△GKN Aerospace plangt en neien Titan-3D-Drécker aus grousser Skala an seng Fabréck an Texas ze installéieren.

 
An der Loftfaartindustrie ginn e puer Titan-baséiert additiv hiergestallt Deeler de Moment kommerziell a militäresch benotzt, a vill aner Prototypen sinn amgaang d'FAA-Zertifizéierung ze kréien. Verschidde Kontrakthersteller, déi sech op d'Loftfaart-, Verteidegungs- a Weltraummäert konzentréieren, dorënner Primus Aerospace, StarHagen Aerospace a Zeda, hunn an 3D-Drécker investéiert, déi Titankomponenten fir Prototypen a fäerdeg Deeler produzéiere kënnen.

Am Joer 2023 huet GKN Aerospace Pläng ugekënnegt, eng massiv 3D-Dréckzell als Deel vun hirem neien globale Technologiezentrum an Texas ze bauen, déi Titan-Fligerstrukturen 3D-drécke soll. Den Drécker, genannt Cell 3, kann Titandeeler bis zu fënnef Meter laang drécken.

img9sw4

△Well d'NASA nëmmen eng brauch, mécht den 3D-Drock vun Titankomponenten fir den ausklappbare Moundarm méi Sënn wéi déi traditionell Fabrikatioun.

 

● Produktioun

 

Den Hallefleiterhersteller ASML dréckt elo 3D-Präforme vun Titanträgertabletten (déi an der Waferproduktioun benotzt ginn) anstatt se ze schmieden, wat 64% u Rohmaterialien spuert a se méi séier liwwert. Norsk Titanium, eng Firma fir additiv Metallproduktioun, déi eng DED-Plattform (Directed Energy Deposition) benotzt, dréckt 80 Kilogramm (ongeféier 176 Pond) Preforme mat bal enger Nettoform mat Ti64 fir an der Hallefleiterwaferproduktioun ze benotzen.


Norsk huet mam hollännesche Partner Hittech Group zesummegeschafft fir de Prefab z'entwéckelen, deen no Norsk an den Lithographie-Systemer vun ASML benotzt gëtt. ASML, och mat Sëtz an Holland, war an de leschte Joren eng vun de meescht diskutéierte Firmen weltwäit wéinst dem Chipmangel. ASML ass bekannt fir déi eenzeg extrem ultraviolett (EUV) Lithographie-Maschinnen op der Welt ze produzéieren.

img103qj

△3D-gedréckte Radnabenhalterung aus Titanlegierung, hiergestallt vun der University of Washington

 

D'US Navy setzt sech och op 3D-gedréckten Titan zréck, fir Zäit a Suen ze spueren an d'Ofhängegkeet vun auslännesche Liwwerketten ze eliminéieren. D'US Navy steet virun laangen Liwwerzäiten an enger Liwwerketten, déi deier a kuelestoffintensiv Titanrohmaterialien benotzt. Awer geschwënn, mat den neie Partner IperionX fir recycléiert Titanpulver a Carver Pump fir additiv Fabrikatioun, wäert d'Marine d'Méiglechkeet hunn, d'Liwwerzäiten vu kriteschen Deeler däitlech ze reduzéieren, d'Disponibilitéit vu Maschinnen ze erhéijen an d'amerikanesch Liwwerketten fir kritesch Titanmetall nohalteg erëm z'ënnerstëtzen.

Titanmaterial

img11n9j

△Titanpulver

 

Rengt Titan gëtt typescherweis net an Ingenieursapplikatioune benotzt, awer et ass üblech um biomedizinesche Maart, wou et a Komponenten ewéi Knéi- an Hüftimplantater benotzt gëtt. Titanbaséiert Legierungen si kontrolléiert Mëschunge vu Metallkomponenten, déi spezifesch mechanesch Eegeschafte bidden. Si gi wäit verbreet an Industrien agesat, déi spezifesch Deeleegeschafte mussen erreechen. Liwweranten vu Metallmaterialien, déi d'Hiersteller laang mat Titan fir de Goss geliwwert hunn, bidden elo Materialien un, déi speziell fir d'additiv Fabrikatioun entwéckelt goufen. An et gëtt Titanpulver preparéiert.

Verschidde Firmen, dorënner Virtual Foundry, bidden Titandrot fir extruderbaséiert Fused Deposition Modeling (FDM) un. D'Material enthält Metallpulver, dat a PLA agebett ass, a kann mat FDM-Drécker bei Extrudertemperaturen iwwer 205 °C gedréckt ginn. No der Noveraarbechtung an dem Sinteren kënnen dës Filamenter Metalldeeler mat engem Metallgehalt vu méi wéi 90% produzéieren, wat se fir Prototyping gëeegent mécht.

img122wa

△Universitéitslaboratoire fir Metall-3D-Dréckerei, Washington Joint Center for Earth Abundant Materials Deployment and Research, stellt Deeler aus Titan hier


Kuerz gesot, déi zukünfteg Entwécklung vum 3D-gedréckten Titan ass voller Hoffnung a wäert a ville Beräicher eng méi grouss Roll spillen. Duerch kontinuéierlech technologesch Innovatioun an Uwendungsausbreedung wäert den 3D-gedréckten Titan méi praktesch, effizient a qualitativ héichwäerteg Metalldeeler an d'Gesellschaft bréngen.