Sehemu za matumizi na ukuzaji wa uchapishaji wa 3D wa aloi ya titani

Titanium ni mojawapo ya metali zinazotumika sana katika utengenezaji wa viambato vya ziada na hutumika katika anga za juu, vifaa vya uingizwaji wa viungo na upasuaji, fremu za mbio na baiskeli, vifaa vya elektroniki na bidhaa zingine zenye utendaji wa hali ya juu. Aloi zinazotokana na titanium na titanium zinathaminiwa na viwanda mbalimbali kwa nguvu zao za juu za kiufundi, uwiano wa nguvu-kwa-uzito, na upinzani bora wa kutu kuliko chuma cha pua. Matumizi ya nyenzo hii yanaweza kufanya roketi na ndege kuwa nyepesi, na hivyo kuokoa mafuta na kuongeza uwezo wa mzigo. Inaweza pia kutumika kutengeneza vifaa vya elektroniki vyenye uzito mdogo kama vile simu mahiri na miwani ya VR, na pia katika vipandikizi vya matibabu. Zaidi ya hayo, sifa asili za titanium zinapojumuishwa na uwezo wa kipekee wa uchapishaji wa 3D, faida zitakuwa dhahiri zaidi. Kwa hivyo, matumizi maalum ya titanium iliyochapishwa ya 3D ni yapi? Titanium ya kawaida ni ipi? PrintaIko sokoni?

△Vipuri vya titani vilivyochapishwa kwa 3D

Viungo vya nyonga kutoka kwa GE Additive, vilemba vya feni kutoka Sciaky, ncha za roketi kutoka kwa Arcam Darker, vipengele vya kimiani vya titani kutoka kwa Mifumo ya 3D, stenti za titani kutoka kwa EOS, vipandikizi vya uti wa mgongo wa upasuaji kutoka kwa Zenith Tecnica

Uchapishaji wa 3D inaruhusu utengenezaji bora zaidi wa titani huku ikipunguza taka za malighafi. Kama teknolojia ya nyongeza, uchapishaji wa 3D wa chuma kwa kawaida hutumia vifaa vinavyohitajika tu kujenga sehemu hiyo, pamoja na kiasi kidogo cha nyenzo za kimuundo zinazounga mkono. Uchapishaji wa 3D pia huwezesha miundo tata, kama vile njia za ndani na sehemu zenye mashimo au kimiani ili kupunguza uzito, ambazo haziwezekani kwa njia nyingine yoyote ya utengenezaji. Kwa sababu hakuna ukungu au vifaa, uchapishaji wa 3D wa titani unaweza kuunda sehemu za kipekee kama vile vipandikizi maalum vya mgonjwa, mifano, na zana za utafiti. Kuna mifano isitoshe ya titani ya uchapishaji wa 3D ili kuendeleza utengenezaji, huduma ya afya, uchunguzi wa anga na zaidi.

Matumizi ya aloi ya titani ya uchapishaji wa 3D

△Mnamo 2023, Panerai ilitoa Submersible S Brabus PAM01283 ikiwa na kasha la titani lililochapishwa kwa 3D. Picha iliyo upande wa kulia inaonyesha kwamba Holthinrichs Deconstructed ilizindua saa ya kwanza ya titani iliyochapishwa kwa 3D.

Uchapishaji wa Titanium 3D tayari unatumika sana kutengeneza bidhaa mbalimbali kama vile vifaa vya matibabu, baiskeli za utendaji, saa za kifahari na vifaa vya elektroniki vya watumiaji, kwa matumaini ya kutoa bidhaa nyepesi lakini zenye nguvu kupitia miundo bunifu, ambayo mara nyingi hubinafsishwa.

● Bidhaa za usahihi na bidhaa za kielektroniki

Uchapishaji wa 3D unaweza kutoa sehemu nyembamba sana za titani zenye kuta ngumu, ambazo mara nyingi hutumiwa kutengeneza visanduku vya saa, kama vile saa za Panerai na Holthinrichs zilizoonyeshwa hapo juu. Inasemekana kwamba visanduku vya saa za aloi ya titani pia vitakuwa sehemu ijayo ya Apple Watch Ultra.

△Kifuniko cha bawaba ya aloi ya titani iliyochapishwa kwa 3D kilichotumika katika simu mahiri ya Honor Magic V2 ya 2023 inayokunjwa

Mnamo 2023, mtengenezaji wa simu mahiri Honor alizindua Magic V2 yake mpya inayoweza kukunjwa, ambayo ina kifuniko cha kuhama cha titani kilichochapishwa kwa 3D ambacho ni nyepesi na chenye nguvu zaidi ya 150% kuliko toleo la awali la alumini. Honor alisema kuwa kipande hiki kidogo cha titani, ambacho kinaweza kuchapishwa kwa 3D kwa makumi ya maelfu, ni ufunguo wa uimara wa bidhaa na kukunja na kufunguka vizuri.

● Vipandikizi vya kimatibabu na meno

△Mfumo wa Kipandikiza Titanium cha American Orthofix Medical cha Construx Mimi Ti Spacer System uliidhinishwa na FDA ya Marekani mnamo 2021

Katika sekta ya matibabu, vipandikizi vya titani vilivyochapishwa kwa 3D vimefanikiwa katika matumizi ya uti wa mgongo, nyonga, goti, na ncha kutokana na utangamano wa asili wa chuma na sifa nzuri za kiufundi, pamoja na uwezo wa kuchapisha miundo yenye vinyweleo maalum vya 3D (na hivyo kuwezesha ujumuishaji wa osseo) na ubinafsishaji wa wingi kwa matokeo bora ya mgonjwa. Vipandikizi vya titani vilivyochapishwa kwa 3D vinapata idhini ya kisheria na mahitaji. Kwa kuwa vipandikizi vingi vya matibabu vimetengenezwa ili kufunika idadi kubwa ya watu wenye hali sawa, havifai kwa kila mtu. Watu wenye magonjwa adimu mara nyingi hutengwa. Sasa, kwa uchapishaji wa 3D, inawezekana kutengeneza vipandikizi vilivyoundwa mahsusi kwa wagonjwa binafsi.

Mnamo 2023, daktari bingwa wa upasuaji nchini Uingereza alifanya upasuaji wa vifundo vinne siku hiyo hiyo, akitumia sahani za titani zilizochapishwa kwa 3D maalum kwa mgonjwa ili kurekebisha kasoro za vifundo vya mikono zilizovunjika hapo awali. Dkt. Akshay Malhotra, daktari bingwa wa upasuaji wa mifupa na mtaalamu wa tiba ya mikono, alisema: "Mara tu mchakato huu wa kupanga utakapokamilika, sahani maalum huchapishwa kwa kutumia unga wa titani, kisha hupimwa, husafirishwa hadi Uingereza na kusafishwa kwa vijidudu katika Hospitali ya Kaunti kwa ajili ya maandalizi ya upasuaji."

△Skurubu za titani zilizochapishwa kwa 3D za CoreLink zina muundo wenye vinyweleo unaokuza ukuaji wa mfupa, na viungo vipya vya vidole vya titani vya FingerKit Consortium vinavyohusiana na mgonjwa.

Madaktari katika Hospitali ya Manipal nchini India walitumia titani iliyochapishwa kwa 3D walipomtibu mgonjwa wa saratani ambaye uvimbe wake ulikuwa ukiharibu kifua chake mnamo 2022. Kwa ujumla, vipandikizi vya ukubwa huu vingekuwa vizito sana kwa mwili wa binadamu kuvibeba, lakini kwa sababu titani ni nyepesi na imara sana, yenye uzito chini ya gramu 250, ni bora kwa kuchapisha vipandikizi ndani ya mwili. Shukrani kwa mafanikio ya kipandikizi kilichochapishwa kwa 3D, mgonjwa huyo alipona kikamilifu na aliweza kurudi kwenye maisha yake ya kawaida bila kutegemea mashine za nje kumsaidia kupumua.

△Kupitia uchapishaji wa titanium 3D, Angel Cycle Works iliweza kupunguza uzito kwa kiasi kikubwa na kuboresha muundo wa baiskeli mpya ya Heaven

Titanium iliyochapishwa kwa 3D ni ya kawaida katika baiskeli za utendaji za leo. Titanium hutumika katika cranks, levers za breki, shina, vishikio vya derailleur, na hata fremu kamili. Titanium ina nguvu kama alumini na nyepesi kama nyuzi za kaboni, bila masuala ya uendelevu wa nyuzi za kaboni. Mtengenezaji wa baiskeli Carbon Wasp anaelezea kwa nini inaacha alumini na nyuzi za kaboni na kupendelea kutumia titanium iliyochapishwa kwa 3D ili kujenga mikono yake ya hivi karibuni ya crank. Carbon Wasp alisema: "Tulikuja na kila aina ya njia za ubunifu za kubana crank kwenye shimoni la gia bila kubana nyuzi za kaboni, lakini kila mara kulikuwa na viingilio vya chuma vinavyohitajika, na kubandika viingilio kwenye nyuzi za kaboni kungekuwa na matatizo. Kwa maswali yasiyo na mwisho. Baada ya uundaji wa prototyping, Carbon Wasp iligundua kuwa crank ya titanium iliyochapishwa kwa kimiani ya 3D ni nyepesi kama kaboni lakini ina nguvu zaidi katika maeneo yanayoweza kuathiriwa sana. Bado tunafikiri nyuzi za kaboni ni bora zaidi kwa matumizi mengine mengi. vifaa, ikiwa ni pamoja na fremu, lakini tayari tunafanya kazi kwenye sehemu zingine za titanium."

Tukizungumzia fremu kamili, mtengenezaji wa baiskeli Angel Cycle Works anasema imechapisha fremu ya titaniamu yote katika sehemu moja nyepesi, ambayo hupunguza sekunde muhimu kutoka kwa nyakati za mbio na kuwezesha jiometri mpya za muundo. Baiskeli yake mpya, inayoitwa Heaven, ina uzito wa gramu 400 nyepesi kuliko toleo la awali. Fremu nyingine ya aloi ya titaniamu yote iliyozinduliwa na Pilot mwaka huu inaitwa Pilot Seiren. Fremu ya baiskeli ya barabarani imechapishwa kabisa kwa 3D kutoka kwa titaniamu (imegawanywa katika sehemu tatu). Kampuni hiyo inasema titaniamu ya uchapishaji wa 3D inaruhusu kubinafsisha baiskeli kulingana na upendeleo wa mpanda farasi, na fremu haihitaji rangi au mipako yoyote.

△Kampuni ya baiskeli ya Mythos inawapa wateja aina mbalimbali za vipuri vya titani vilivyochapishwa kwa 3D, ikiwa ni pamoja na vipini hivi, huku Verve Cycling (kulia) ikitoa visu vipya vya titani vilivyochapishwa kwa 3D.

△GKN Aerospace inapanga kuongeza printa mpya kubwa ya titaniamu ya 3D kwenye kiwanda chake cha Texas

△Kwa kuwa NASA inahitaji moja tu, vipengele vya titani vya uchapishaji wa 3D kwa mkono unaoweza kutumika mwezini vina mantiki zaidi kuliko utengenezaji wa kitamaduni.

● Utengenezaji

Mtengenezaji wa semiconductor ASML sasa anachapisha kwa njia ya 3D badala ya kutengeneza preforms za trei za kubeba titani (zinazotumika katika uzalishaji wa wafer), akiokoa 64% katika malighafi na kuziwasilisha haraka zaidi. Norsk Titanium, kampuni ya utengenezaji wa viongeza vya chuma inayotumia jukwaa la uwekaji wa nishati iliyoelekezwa (DED), inachapisha kilo 80 (takriban pauni 176) za preforms za umbo la karibu na wavu zenye Ti64 kwa matumizi katika uzalishaji wa wafer wa semiconductor.

△Mabano ya kitovu cha gurudumu la aloi ya titani iliyochapishwa kwa 3D iliyotengenezwa na Chuo Kikuu cha Washington

△Poda ya titaniamu

Makampuni kadhaa, ikiwa ni pamoja na Virtual Foundry, hutoa waya wa titani kwa ajili ya uundaji wa muundo wa uwekaji wa mchanganyiko unaotegemea extruder (FDM). Nyenzo hii ina unga wa chuma uliopachikwa kwenye PLA na inaweza kuchapishwa kwa kutumia printa za FDM kwenye halijoto ya extruder zaidi ya 205 °C. Baada ya usindikaji na uchakataji baada ya kukamilika, nyuzi hizi zinaweza kutoa sehemu za chuma zenye kiwango cha chuma cha zaidi ya 90%, na kuzifanya zifae kwa ajili ya uundaji wa prototaipu.

△Maabara ya uchapishaji wa 3D ya chuma ya Chuo Kikuu, Kituo cha Pamoja cha Washington cha Usambazaji na Utafiti wa Nyenzo Nyingi za Dunia, hutengeneza vipuri kutoka kwa titani

Kwa kifupi, maendeleo ya baadaye ya titani iliyochapishwa kwa 3D yamejaa matumaini na yatachukua jukumu kubwa zaidi katika nyanja nyingi. Kupitia uvumbuzi endelevu wa kiteknolojia na upanuzi wa matumizi, titani iliyochapishwa kwa 3D italeta sehemu za chuma zinazofaa zaidi, zenye ufanisi na ubora wa juu kwa jamii.