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Aplicações e desenvolvimento da impressão 3D em liga de titânio
O titânio é um dos metais mais utilizados na manufatura aditiva, sendo empregado em setores como aeroespacial, próteses articulares e ferramentas cirúrgicas, quadros de bicicletas e carros de corrida, eletrônicos e outros produtos de alto desempenho. O titânio e suas ligas são valorizados por diversas indústrias devido à sua alta resistência mecânica, alta relação resistência/peso e melhor resistência à corrosão do que o aço inoxidável. O uso desse material pode tornar foguetes e aeronaves mais leves, economizando combustível e aumentando a capacidade de carga. Ele também pode ser usado para fabricar eletrônicos mais leves, como smartphones e óculos de realidade virtual, além de implantes médicos. Ademais, quando as propriedades inerentes do titânio são combinadas com as capacidades únicas da impressão 3D, as vantagens se tornam ainda mais evidentes. Então, quais são os usos específicos do titânio impresso em 3D? Quais são os tipos comuns de titânio? ImpressoraEstá disponível no mercado?
△Peças de titânio impressas em 3D
Articulações de quadril da GE Additive, pás de ventilador da Sciaky, pontas de foguete da Arcam Darker, componentes de treliça de titânio da 3D Systems, stents de titânio da EOS, implantes cirúrgicos de coluna da Zenith Tecnica.
Impressão 3D A impressão 3D em titânio permite uma fabricação mais eficiente, reduzindo o desperdício de matéria-prima. Como tecnologia aditiva, a impressão 3D em metal utiliza tipicamente apenas os materiais necessários para construir a peça, juntamente com uma quantidade relativamente pequena de material estrutural de suporte. A impressão 3D também possibilita designs complexos, como canais internos e peças ocas ou preenchidas com treliças para reduzir o peso, que não são possíveis com nenhum outro método de fabricação. Como não há moldes ou ferramentas, a impressão 3D em titânio pode criar, de forma economicamente viável, peças únicas, como implantes personalizados, protótipos e ferramentas de pesquisa. Há inúmeros exemplos de impressão 3D em titânio para impulsionar a manufatura, a saúde, a exploração espacial e muito mais.
Impressão 3D de liga de titânio
△Em 2023, a Panerai lançou o Submersible S Brabus PAM01283, equipado com uma caixa de titânio impressa em 3D. A imagem à direita mostra que a Holthinrichs Deconstructed lançou o primeiro relógio de titânio impresso em 3D.
A impressão 3D em titânio já é amplamente utilizada na produção de produtos tão diversos quanto dispositivos médicos, bicicletas de alto desempenho, relógios de luxo e eletrônicos de consumo, com o objetivo de oferecer produtos leves e resistentes por meio de designs inovadores e, muitas vezes, personalizados.
● Produtos de precisão e produtos eletrônicos
A impressão 3D permite produzir peças de titânio complexas e com paredes muito finas, frequentemente utilizadas na fabricação de caixas de relógios, como os da Panerai e da Holthinrichs mostrados acima. Há rumores de que as caixas de relógio em liga de titânio também serão um componente do Apple Watch Ultra em breve.
△Tampa da dobradiça em liga de titânio impressa em 3D, utilizada no smartphone dobrável Honor Magic V2 de 2023.
Em 2023, a fabricante de smartphones Honor lançou seu novo Magic V2 dobrável, que apresenta uma tampa articulada de titânio impressa em 3D, mais leve e 150% mais resistente que a versão anterior de alumínio. A Honor afirmou que essa pequena peça de titânio, que pode ser impressa em 3D em dezenas de milhares de unidades, é a chave para a durabilidade do produto e para o funcionamento suave ao dobrar e desdobrar.
● Implantes médicos e dentários
△O sistema de espaçador Construx Mimi Ti, um implante de titânio impresso em 3D da American Orthofix Medical, foi aprovado pela FDA dos EUA em 2021.
Na indústria médica, os implantes de titânio impressos em 3D têm obtido sucesso em aplicações na coluna, quadril, joelho e extremidades devido à biocompatibilidade inerente do metal e às suas boas propriedades mecânicas, aliadas à capacidade de imprimir em 3D estruturas porosas personalizadas (possibilitando a osseointegração) e à personalização em massa para melhores resultados para os pacientes. Os implantes de titânio impressos em 3D estão conquistando aprovação regulatória e demanda. Como a maioria dos implantes médicos é fabricada para atender um grande número de pessoas com a mesma condição, eles não são adequados para todos. Pessoas com doenças raras são frequentemente excluídas. Agora, com a impressão 3D, é possível produzir implantes especificamente projetados para cada paciente.
Em 2023, um cirurgião no Reino Unido realizou quatro cirurgias de pulso no mesmo dia, utilizando placas de titânio impressas em 3D personalizadas para corrigir deformidades em pulsos previamente fraturados. O Dr. Akshay Malhotra, cirurgião ortopédico consultor e chefe clínico de mãos e pulsos, afirmou: “Após a conclusão desse processo de planejamento, as placas personalizadas são impressas utilizando pó de titânio, testadas, enviadas para o Reino Unido e esterilizadas no Hospital do Condado em preparação para a cirurgia.”
△Os parafusos de titânio impressos em 3D da CoreLink apresentam uma estrutura porosa que promove o crescimento ósseo, e as novas articulações de titânio para dedos, personalizadas para cada paciente, do Consórcio FingerKit
Em 2022, médicos do Hospital Manipal, na Índia, utilizaram titânio impresso em 3D para tratar um paciente com câncer cujo tumor estava destruindo seu tórax. De modo geral, implantes desse tamanho seriam pesados demais para o corpo humano suportar, mas, como o titânio é leve e extremamente resistente, pesando menos de 250 gramas, ele é ideal para a impressão de implantes internos. Graças ao sucesso do implante impresso em 3D, o paciente se recuperou completamente e pôde retomar sua vida normal sem depender de aparelhos externos para respirar.
△Através da impressão 3D em titânio, a Angel Cycle Works conseguiu reduzir significativamente o peso e otimizar o design da nova bicicleta Heaven.
A impressão 3D em titânio é comum nas bicicletas de alto desempenho atuais. O titânio é usado em pedivelas, manetes de freio, mesas, gancheiras de câmbio e até mesmo em quadros completos. O titânio é tão resistente quanto o alumínio e tão leve quanto a fibra de carbono, sem os problemas de sustentabilidade da fibra de carbono. A fabricante de bicicletas Carbon Wasp explica por que está abandonando o alumínio e a fibra de carbono em favor do uso de titânio impresso em 3D para construir seus mais recentes braços de pedivela para o mercado de reposição. A Carbon Wasp afirmou: “Criamos diversas maneiras criativas de fixar o pedivela ao eixo da caixa de câmbio sem comprimir a fibra de carbono, mas sempre eram necessários alguns insertos metálicos, e colar esses insertos na fibra de carbono apresentava problemas. Após alguns protótipos, a Carbon Wasp descobriu que um pedivela de titânio preenchido com uma estrutura em treliça, impresso em 3D, é tão leve quanto o de carbono, mas mais resistente em áreas de alto impacto. Ainda acreditamos que a fibra de carbono é a melhor opção para muitos outros materiais, incluindo o quadro, mas já estamos trabalhando em outras peças de titânio.”
Falando em quadros completos, a fabricante de bicicletas Angel Cycle Works afirma ter impresso em 3D um quadro totalmente em titânio em um único componente leve, o que reduz segundos cruciais nos tempos de corrida e possibilita novas geometrias de design. Sua nova superbike, chamada Heaven, é 400 gramas mais leve que a versão anterior. Outro quadro de liga de titânio lançado pela Pilot este ano é o Pilot Seiren. O quadro da bicicleta de estrada é inteiramente impresso em 3D a partir de titânio (dividido em três partes). A empresa afirma que a impressão 3D em titânio permite personalizar a bicicleta de acordo com a preferência do ciclista, e o quadro não requer pintura ou revestimento.
△A empresa de bicicletas Mythos oferece aos clientes uma gama de peças de titânio impressas em 3D, incluindo estes guidões, enquanto a Verve Cycling (à direita) oferece novos pedivelas de titânio impressos em 3D.
△A GKN Aerospace planeja adicionar uma nova impressora 3D de titânio em grande escala à sua fábrica no Texas.
△Como a NASA precisa apenas de um, a impressão 3D de componentes de titânio para o braço lunar implantável faz mais sentido do que a fabricação tradicional.
● Fabricação
A fabricante de semicondutores ASML agora está imprimindo em 3D, em vez de forjar, pré-formas de titânio para bandejas de suporte (usadas na produção de wafers), economizando 64% em matéria-prima e entregando-as mais rapidamente. A Norsk Titanium, uma empresa de manufatura aditiva de metais que utiliza uma plataforma de deposição de energia direcionada (DED), está imprimindo 80 quilos (aproximadamente 176 libras) de pré-formas com formato quase final em Ti64 para uso na produção de wafers semicondutores.
△Suporte de cubo de roda em liga de titânio impresso em 3D, fabricado pela Universidade de Washington
△Pó de titânio
△O laboratório de impressão 3D em metal da universidade, Washington Joint Center for Earth Abundant Materials Deployment and Research, fabrica peças de titânio.