Области на примена и развој на 3D печатење од титаниумска легура

Титанот е еден од најчесто користените метали во адитивното производство и се користи во воздухопловството, алатките за замена на зглобови и хируршките алатки, рамките за трки и велосипеди, електрониката и другите производи со високи перформанси. Титанот и легурите базирани на титаниум се ценети од различни индустрии поради нивната висока механичка цврстина, висок сооднос на цврстина и тежина и подобра отпорност на корозија од не'рѓосувачкиот челик. Употребата на овој материјал може да ги направи ракетите и авионите полесни, со што се заштедува гориво и се зголемува носивоста. Може да се користи и за производство на полесна електроника како што се паметни телефони и VR очила, како и во медицински импланти. Покрај тоа, кога вродените својства на титаниумот се комбинираат со уникатните можности на 3D печатењето, предностите ќе бидат уште поочигледни. Значи, кои се специфичните употреби на 3D печатениот титаниум? Кои се вообичаените титаниумски производи? Печатаче на пазарот?

△3D печатени титаниумски делови

Зглобови на колкови од GE Additive, перки на вентилатори од Sciaky, врвови на ракети од Arcam Darker, компоненти од титаниумска решетка од 3D Systems, титаниумски стентови од EOS, хируршки спинални импланти од Zenith Tecnica

3Д печатење Овозможува поефикасно производство на титаниум, а воедно го намалува отпадот од суровини. Како адитивна технологија, 3D печатењето на метал обично ги користи само материјалите потребни за изработка на делот, заедно со релативно мала количина на потпорен структурен материјал. 3D печатењето, исто така, овозможува сложени дизајни, како што се внатрешни канали и шупливи или делови исполнети со решетка за намалување на тежината, што не се можни со кој било друг метод на производство. Бидејќи нема калапи или алатки, 3D печатењето со титаниум може економично да создаде уникатни делови како што се импланти специфични за пациентот, прототипови и алатки за истражување. Постојат безброј примери за 3D печатење на титаниум за унапредување на производството, здравствената заштита, истражувањето на вселената и друго.

Употреба на 3D печатење со титаниумска легура

△Во 2023 година, Panerai го издаде Submersible S Brabus PAM01283 опремен со 3D печатено титаниумско куќиште. Сликата од десно покажува дека Holthinrichs Deconstructed го лансираше првиот 3D печатен титаниумски часовник.

3D печатењето со титаниум веќе е широко користено за производство на производи како што се медицински помагала, велосипеди со високи перформанси, луксузни часовници и потрошувачка електроника, со надеж дека ќе се испорачаат лесни, но силни производи преку иновативни, честопати дизајни по нарачка.

● Прецизни производи и електронски производи

3D печатењето може да произведе многу тенки ѕидови, сложени титаниумски делови, кои често се користат за изработка на куќишта за часовници, како што се часовниците Panerai и Holthinrichs прикажани погоре. Се вели дека куќиштата за часовници од титаниумска легура исто така ќе бидат претстоен дел од Apple Watch Ultra.

△3D печатена заштитна обвивка за менувач од титаниумска легура користена во преклопниот паметен телефон Honor Magic V2 од 2023 година

Во 2023 година, производителот на паметни телефони Honor го лансираше својот нов преклопен Magic V2, кој има 3D печатен титаниумски капак за менувач со шарки кој е полесен и 150% појак од претходната алуминиумска верзија. Honor изјави дека ова мало титаниумско парче, кое може да се печати 3D во десетици илјади примероци, е клучот за издржливоста на производот и непреченото преклопување и одвиткување.

● Медицински и стоматолошки импланти

△3Д печатениот титаниумски имплант Construx Mimi Ti Spacer System на American Orthofix Medical беше одобрен од американската FDA во 2021 година

Во медицинската индустрија, 3D печатените титаниумски импланти се успешни во апликациите за 'рбет, колк, колено и екстремитети поради вродената биокомпатибилност на металот и добрите механички својства, заедно со можноста за 3D печатење на порозни структури по нарачка (со што се овозможува остеоинтеграција) и масовно прилагодување за подобри резултати кај пациентите. 3D печатените титаниумски импланти добиваат регулаторно одобрување и побарувачка. Бидејќи повеќето медицински импланти се направени за да покријат голем број луѓе со иста состојба, тие не се погодни за секого. Луѓето со ретки болести често се исклучуваат. Сега, со 3D печатење, можно е да се произведат импланти специјално дизајнирани за индивидуални пациенти.

Во 2023 година, хирург во Велика Британија извршил четири операции на зглобови во ист ден, користејќи титаниумски плочи печатени со 3D печатење специфични за пациентот за да ги корегира претходно скршените деформитети на зглобот. Д-р Акшај Малхотра, консултант ортопедски хирург и клинички раководител за раце и зглобови, рече: „Откако ќе заврши овој процес на планирање, плочите по нарачка се печатат со титаниумски прав, потоа се тестираат, се испраќаат во Велика Британија и се стерилизираат во Окружната болница како подготовка за операција.“

△3D печатените титаниумски завртки на CoreLink имаат порозна структура што го поттикнува растот на коските, а новите титаниумски зглобови на прстите на конзорциумот FingerKit се специфични за пациентите

Лекарите во болницата Манипал во Индија користеле 3D печатен титаниум кога лекувале пациент со рак чиј тумор му ги уништувал градите во 2022 година. Општо земено, имплантите од оваа големина би биле претешки за човечкото тело да ги поднесе, но бидејќи титаниумот е лесен и многу цврст, со тежина помала од 250 грама, тој е идеален за печатење импланти во телото. Благодарение на успехот на 3D печатениот имплант, пациентот целосно се опорави и можеше да се врати во својот нормален живот без да се потпира на надворешни машини за да му помогнат да дише.

△Преку титаниумско 3D печатење, Angel Cycle Works успеа значително да ја намали тежината и да го оптимизира дизајнот на новиот велосипед Heaven

3D печатениот титаниум е вообичаен кај денешните мотори со високи перформанси. Титанот се користи во коленесто вратило, рачки за сопирање, стебла, закачалки за менувач, па дури и во целосни рамки. Титанот е јак како алуминиум и лесен како јаглеродни влакна, без проблемите со одржливоста на јаглеродните влакна. Производителот на велосипеди Carbon Wasp објаснува зошто се откажува од алуминиум и јаглеродни влакна во корист на користење 3D печатен титаниум за да ги изгради своите најнови рачки на коленесто вратило од пазарот. Carbon Wasp рече: „Смисливме секакви креативни начини да ја прицврстиме коленестото вратило на менувачот без да ги притиснеме јаглеродните влакна, но секогаш беа потребни некои метални влошки, а лепењето на влошките на јаглеродните влакна би имало проблеми. На бескрајните прашања. По изработка на прототипови, Carbon Wasp откри дека 3D печатената коленесто вратило од титаниум исполнето со решетка е исто толку лесна како јаглеродот, но посилна во области многу склони кон удари. Сè уште мислиме дека јаглеродните влакна се најдобри за многу други намени.“

Зборувајќи за целосни рамки, производителот на велосипеди Angel Cycle Works вели дека со 3D печатење на рамка од титаниум во една лесна компонента, скратува клучни секунди од времето на трката и овозможува нови геометрии во дизајнот. Нивниот нов супербајк, наречен Heaven, е 400 грама полесен од претходната верзија. Друга рамка од титаниумска легура што Pilot ја лансираше оваа година се нарекува Pilot Seiren. Рамката на друмскиот велосипед е целосно 3D печатена од титаниум (поделена на три дела). Компанијата вели дека 3D печатењето на титаниум ѝ овозможува да го прилагоди велосипедот според преференциите на возачот, а рамката не бара никаква боја или премаз.

△Компанијата за велосипеди Mythos им нуди на клиентите низа 3D печатени титаниумски делови, вклучувајќи ги и овие кормила, додека Verve Cycling (десно) нуди нови 3D печатени титаниумски рачки.

△GKN Aerospace планира да додаде нов голем титаниумски 3D печатач во својата фабрика во Тексас

△Бидејќи на НАСА ѝ е потребна само една, 3Д печатењето титаниумски компоненти за лунарната расклоплива рака има повеќе смисла отколку традиционалното производство.

● Производство

Производителот на полупроводници ASML сега користи 3D печатење, наместо да кова титаниумски преформи од носителски послужавник (што се користи во производството на плочки), заштедувајќи 64% од суровините и испорачувајќи ги побрзо. Norsk Titanium, компанија за производство на метални адитиви што користи платформа за насочено таложење на енергија (DED), печати 80 килограми (приближно 176 фунти) преформи со блиска нето-форма со Ti64 за употреба во производството на полупроводнички плочки.

△3D печатен држач за главина на тркало од титаниумска легура произведен од Универзитетот во Вашингтон

△Титаниумски прав

Неколку компании, вклучувајќи ја и Virtual Foundry, нудат титаниумска жица за моделирање со фузирано таложење (FDM) базирано на екструдер. Материјалот содржи метален прав вграден во PLA и може да се печати со FDM печатачи на температури на екструдер над 205 °C. По дополнителната обработка и синтерувањето, овие филаменти можат да произведат метални делови со содржина на метал од над 90%, што ги прави погодни за прототипирање.

△Универзитетската лабораторија за 3D печатење на метал, Вашингтонскиот заеднички центар за распоредување и истражување на изобилни материјали на Земјата, произведува делови од титаниум

Накратко, идниот развој на 3D печатениот титаниум е полн со надеж и ќе игра поголема улога во многу области. Преку континуирани технолошки иновации и проширување на примената, 3D печатениот титаниум ќе донесе попрактични, поефикасни и поквалитетни метални делови во општеството.