Titano lydinio 3D spausdinimo taikymo sritys ir plėtra

Titanas yra vienas iš dažniausiai naudojamų metalų adityvinėje gamyboje ir naudojamas aviacijos, sąnarių keitimo ir chirurgijos įrankiuose, lenktynių ir dviračių rėmuose, elektronikoje ir kituose didelio našumo gaminiuose. Titanas ir titano lydiniai yra vertinami įvairiose pramonės šakose dėl didelio mechaninio stiprumo, didelio stiprumo ir svorio santykio bei geresnio atsparumo korozijai nei nerūdijantis plienas. Šios medžiagos naudojimas gali palengvinti raketas ir orlaivius, taip sutaupant degalų ir padidinant naudingąją apkrovą. Ji taip pat galėtų būti naudojama lengvesnių elektronikos prietaisų, tokių kaip išmanieji telefonai ir VR akiniai, gamybai, taip pat medicininiuose implantuose. Be to, kai titano savybės bus derinamos su unikaliomis 3D spausdinimo galimybėmis, privalumai bus dar akivaizdesni. Taigi, kokie yra konkretūs 3D spausdinto titano panaudojimo būdai? Kokie yra įprasti titano... Spausdintuvasyra rinkoje?

△3D spausdintos titano dalys

Klubo sąnariai iš „GE Additive“, ventiliatoriaus mentės iš „Sciaky“, raketų antgaliai iš „Arcam Darker“, titano grotelių komponentai iš „3D Systems“, titano stentai iš „EOS“, chirurginiai stuburo implantai iš „Zenith Tecnica“.

3D spausdinimas leidžia efektyviau gaminti titaną, tuo pačiu sumažinant žaliavų atliekas. Kaip priedų technologija, metalo 3D spausdinimas paprastai naudoja tik detalei pagaminti reikalingas medžiagas ir santykinai nedidelį kiekį atraminės konstrukcinės medžiagos. 3D spausdinimas taip pat leidžia kurti sudėtingus dizainus, tokius kaip vidiniai kanalai ir tuščiavidurės arba grotelėmis užpildytos dalys, siekiant sumažinti svorį, o tai neįmanoma naudojant jokius kitus gamybos metodus. Kadangi nėra formų ar įrankių, titano 3D spausdinimas gali ekonomiškai efektyviai sukurti unikalias dalis, tokias kaip pacientui pritaikyti implantai, prototipai ir tyrimų įrankiai. Yra daugybė titano 3D spausdinimo pavyzdžių, siekiant patobulinti gamybą, sveikatos priežiūrą, kosmoso tyrinėjimus ir kt.

Titano lydinio 3D spausdinimo panaudojimas

△2023 m. „Panerai“ išleido „Submersible S Brabus PAM01283“ su 3D spausdintu titano korpusu. Dešinėje esančioje nuotraukoje matyti, kad „Holthinrichs Deconstructed“ pristatė pirmąjį 3D spausdintą titano laikrodį.

Titano 3D spausdinimas jau plačiai naudojamas gaminant tokius įvairius gaminius kaip medicinos prietaisai, sportiniai dviračiai, prabangūs laikrodžiai ir plataus vartojimo elektronika, tikintis sukurti lengvus, bet tvirtus gaminius, naudojant novatoriškus, dažnai individualius dizainus.

● Tikslūs gaminiai ir elektronikos gaminiai

3D spausdinimas gali pagaminti labai plonasienes, sudėtingas titano detales, kurios dažnai naudojamos laikrodžių korpusams, pavyzdžiui, aukščiau parodytiems „Panerai“ ir „Holthinrichs“ laikrodžiams, gaminti. Teigiama, kad titano lydinio laikrodžių korpusai taip pat bus būsima „Apple Watch Ultra“ dalis.

△3D spausdintu titano lydinio vyrių perjungimo dangtelis, naudojamas 2023 m. „Honor Magic V2“ sulankstomajame išmaniajame telefone

2023 m. išmaniųjų telefonų gamintoja „Honor“ pristatė naująjį sulankstomą „Magic V2“ su 3D spausdintuvu pagamintu titano atlenkiamu perjungimo svirties dangteliu, kuris yra lengvesnis ir 150 % tvirtesnis nei ankstesnė aliuminio versija. „Honor“ teigė, kad šis mažas titano gabalėlis, kurio galima 3D spausdintuvu atspausdinti dešimtis tūkstančių, yra raktas į gaminio patvarumą ir sklandų sulankstymą bei išskleidimą.

● Medicininiai ir dantų implantai

△2021 m. JAV FDA patvirtino „American Orthofix Medical“ 3D spausdintą titano implantą „Construx Mimi Ti Spacer System“.

Medicinos pramonėje 3D spausdinti titano implantai sėkmingai taikomi stuburo, klubo, kelio ir galūnių slankstelių srityje dėl metalo biologinio suderinamumo ir gerų mechaninių savybių, taip pat galimybės spausdinti individualias porėtas struktūras (taip sudarant sąlygas osteointegracijai) ir masiškai pritaikyti jas geresniems pacientų rezultatams pasiekti. 3D spausdinti titano implantai sulaukia reguliavimo institucijų pritarimo ir paklausos. Kadangi dauguma medicininių implantų yra skirti daugeliui žmonių, turinčių tą pačią būklę, jie netinka visiems. Žmonės, sergantys retomis ligomis, dažnai neįtraukiami. Dabar, naudojant 3D spausdinimą, galima gaminti implantus, specialiai sukurtus individualiems pacientams.

2023 m. Jungtinėje Karalystėje chirurgas tą pačią dieną atliko keturias riešo operacijas, naudodamas pacientui pritaikytas 3D spausdintuvu atspausdintas titano plokšteles, kad ištaisytų anksčiau lūžusius riešo deformacijas. Dr. Akshay Malhotra, konsultantas ortopedas chirurgas ir rankų bei riešų klinikinis vadovas, sakė: „Kai šis planavimo procesas baigtas, pagal užsakymą pagamintos plokštelės atspausdinamos naudojant titano miltelius, tada išbandomos, siunčiamos į Jungtinę Karalystę ir sterilizuojamos Apskrities ligoninėje, ruošiantis operacijai.“

△„CoreLink“ 3D spausdinti titano varžtai pasižymi porėta struktūra, kuri skatina kaulų augimą, o nauji „FingerKit Consortium“ pacientui pritaikyti titano pirštų sąnariai

Indijos Manipal ligoninės gydytojai 2022 m. gydė vėžiu sergantį pacientą, kuriam auglys naikino krūtinės ląstą, naudodami 3D spausdintuvu atspausdintą titaną. Apskritai tokio dydžio implantai žmogaus kūnui būtų per sunkūs, tačiau kadangi titanas yra lengvas ir labai tvirtas (sveria mažiau nei 250 gramų), jis idealiai tinka implantų spausdinimui kūno viduje. Dėl 3D spausdintuvu atspausdinto implanto sėkmės pacientas visiškai pasveiko ir galėjo grįžti į normalų gyvenimą, nebereikėdamas kvėpuoti išoriniais aparatais.

△Naudodama titano 3D spausdinimą, „Angel Cycle Works“ sugebėjo gerokai sumažinti naujojo „Heaven“ dviračio svorį ir optimizuoti jo dizainą.

3D spausdintas titanas yra įprastas šiuolaikiniuose sportiniuose dviračiuose. Titanas naudojamas švaistikliuose, stabdžių svirtyse, vairo iškyšose, pavarų perjungiklių laikikliuose ir net pilnuose rėmuose. Titanas yra toks pat tvirtas kaip aliuminis ir toks pat lengvas kaip anglies pluoštas, be anglies pluošto tvarumo problemų. Dviračių gamintojas „Carbon Wasp“ paaiškina, kodėl atsisako aliuminio ir anglies pluošto ir naudoja 3D spausdintą titaną, kad pagamintų naujausias atsarginių dalių švaistiklio svirtis. „Carbon Wasp“ sakė: „Sugalvojome visokių kūrybiškų būdų, kaip pritvirtinti švaistiklį prie pavarų dėžės veleno nespaudžiant anglies pluošto, tačiau visada reikėjo metalinių įdėklų, o jų klijavimas prie anglies pluošto būtų problemiškas. Į begalinius klausimus. Po prototipų kūrimo „Carbon Wasp“ nustatė, kad 3D spausdintas grotelėmis užpildytas titano švaistiklis yra toks pat lengvas kaip anglies pluoštas, bet stipresnis labai smūgiams jautriose vietose. Mes vis dar manome, kad anglies pluoštas geriausiai tinka daugeliui kitų panaudojimo būdų, įskaitant rėmą, tačiau jau dirbame su kitomis titano dalimis.“

Kalbant apie pilnus rėmus, dviračių gamintojas „Angel Cycle Works“ teigia, kad 3D spausdintuvu atspausdino visiškai iš titano pagamintą rėmą iš vieno lengvo komponento, kuris sutrumpina lenktynių laiką lemiamomis sekundėmis ir leidžia naudoti naujas dizaino geometrijas. Naujasis superbike'as, pavadintas „Heaven“, yra 400 gramų lengvesnis nei ankstesnė versija. Kitas šiais metais „Pilot“ pristatytas visiškai iš titano lydinio pagamintas rėmas vadinasi „Pilot Seiren“. Plento dviračio rėmas yra visiškai atspausdintas 3D spausdintuvu iš titano (padalintas į tris dalis). Bendrovė teigia, kad 3D spausdintas titanas leidžia pritaikyti dviratį pagal motociklininko pageidavimus, o rėmui nereikia jokių dažų ar dangos.

△Dviračių bendrovė „Mythos“ klientams siūlo įvairias 3D spausdintuvu pagamintas titano detales, įskaitant šias vairo rankenas, o „Verve Cycling“ (dešinėje) siūlo naujus 3D spausdintuvu pagamintus titano švaistiklius.

△„GKN Aerospace“ planuoja savo Teksaso gamykloje įrengti naują didelio masto 3D spausdintuvą iš titano

△Kadangi NASA tereikia vienos, 3D spausdinti titano komponentus Mėnulyje esančiai išskleidžiamai rankai yra prasmingiau nei tradicinė gamyba.

● Gamyba

Puslaidininkių gamintoja ASML dabar spausdina 3D spausdintuvu, o ne kalinėja titano nešiklių ruošinius (naudojamus plokštelių gamyboje), taip sutaupydama 64 % žaliavų ir greičiau jas pristatydama. „Norsk Titanium“, metalo priedų gamybos įmonė, naudojanti kryptinio energijos nusodinimo (DED) platformą, spausdina 80 kilogramų (maždaug 176 svarus) beveik grynosios formos ruošinių su Ti64, skirtų naudoti puslaidininkių plokštelių gamyboje.

△Vašingtono universiteto pagamintas 3D spausdintas titano lydinio ratlankio stebulės laikiklis

△Titano milteliai

Kelios įmonės, įskaitant „Virtual Foundry“, siūlo titano vielą ekstruderio pagrindu veikiančiam lydyto nusodinimo modeliavimui (FDM). Medžiagoje yra metalo miltelių, įterptų į PLA, ir ją galima spausdinti FDM spausdintuvais, kai ekstruderio temperatūra viršija 205 °C. Po papildomo apdorojimo ir sukepinimo šie siūlai gali pagaminti metalines detales, kuriose metalo kiekis viršija 90 %, todėl jie tinka prototipų kūrimui.

△ Vašingtono jungtinio Žemės gausos medžiagų diegimo ir tyrimų centro universiteto metalo 3D spausdinimo laboratorija gamina detales iš titano.

Trumpai tariant, 3D spausdinto titano ateities plėtra yra kupina vilčių ir atliks didesnį vaidmenį daugelyje sričių. Nuolat diegiant technologines inovacijas ir plečiant pritaikymą, 3D spausdintas titanas visuomenei suteiks patogesnių, efektyvesnių ir aukštos kokybės metalinių dalių.