Mga larangan ng aplikasyon at pag-unlad ng 3D printing ng titanium alloy

Ang titanium ay isa sa mga pinakakaraniwang ginagamit na metal sa additive manufacturing at ginagamit sa aerospace, joint replacement at surgical tools, racing at bicycle frames, electronics at iba pang high-performance na produkto. Ang titanium at titanium-based alloys ay pinahahalagahan ng iba't ibang industriya dahil sa kanilang mataas na mechanical strength, mataas na strength-to-weight ratio, at mas mahusay na corrosion resistance kaysa sa stainless steel. Ang paggamit ng materyal na ito ay maaaring magpagaan sa mga rocket at sasakyang panghimpapawid, sa gayon ay makakatipid ng gasolina at mapataas ang kakayahan sa payload. Maaari rin itong gamitin upang gumawa ng mas magaan na electronics tulad ng mga smartphone at VR goggles, pati na rin sa mga medical implant. Bukod dito, kapag ang mga likas na katangian ng titanium ay pinagsama sa mga natatanging kakayahan ng 3D printing, ang mga bentahe ay magiging mas halata. Kaya, ano ang mga partikular na gamit ng 3D printed titanium? Ano ang mga karaniwang titanium Taga-imprentanasa merkado?

△Mga piyesang titanium na may 3D print

Mga kasukasuan ng balakang mula sa GE Additive, mga talim ng bentilador mula sa Sciaky, mga dulo ng rocket mula sa Arcam Darker, mga bahagi ng titanium lattice mula sa 3D Systems, mga titanium stent mula sa EOS, mga surgical spinal implants mula sa Zenith Tecnica

3d Printing Nagbibigay-daan para sa mas mahusay na paggawa ng titanium habang binabawasan ang basura ng mga hilaw na materyales. Bilang isang karagdagang teknolohiya, ang metal 3D printing ay karaniwang gumagamit lamang ng mga materyales na kailangan upang gawin ang bahagi, kasama ang medyo maliit na dami ng suportang materyal na istruktura. Nagbibigay-daan din ang 3D printing sa mga kumplikadong disenyo, tulad ng mga panloob na channel at mga guwang o puno ng lattice na bahagi upang mabawasan ang timbang, na hindi posible sa anumang iba pang paraan ng paggawa. Dahil walang mga hulmahan o kagamitan, ang titanium 3D printing ay maaaring makalikha ng mga natatanging bahagi tulad ng mga implant, prototype, at mga kagamitan sa pananaliksik na partikular sa pasyente. Maraming mga halimbawa ng 3D printing titanium upang isulong ang pagmamanupaktura, pangangalagang pangkalusugan, paggalugad sa kalawakan at marami pang iba.

Mga gamit ng 3D printing na titanium alloy

△Noong 2023, inilabas ng Panerai ang Submersible S Brabus PAM01283 na may kasamang 3D printed titanium case. Ipinapakita ng larawan sa kanan na inilunsad ng Holthinrichs Deconstructed ang unang 3D printed titanium watch.

Malawakang ginagamit na ang titanium 3D printing upang makagawa ng iba't ibang produkto tulad ng mga medikal na aparato, mga bisikleta na may performance, mga mamahaling relo, at mga elektronikong pangkonsumo, na may pag-asang makapaghatid ng magaan ngunit matibay na mga produkto sa pamamagitan ng mga makabago at kadalasang mga pasadyang disenyo.

● Mga produktong may katumpakan at mga produktong elektroniko

Ang 3D printing ay maaaring makagawa ng mga manipis at masalimuot na bahaging titanium, na kadalasang ginagamit sa paggawa ng mga lalagyan ng relo, tulad ng mga relong Panerai at Holthinrichs na ipinapakita sa itaas. Sinasabing ang mga lalagyan ng relo na gawa sa titanium alloy ay magiging isang paparating na bahagi rin ng Apple Watch Ultra.

△3D printed na titanium alloy hinge shift cover na ginamit sa 2023 Honor Magic V2 folding smartphone

Noong 2023, inilunsad ng tagagawa ng smartphone na Honor ang bago nitong natitiklop na Magic V2, na nagtatampok ng 3D-printed na titanium hinged shift cover na mas magaan at 150% mas matibay kaysa sa nakaraang bersyon na aluminum. Sinabi ng Honor na ang maliit na piraso ng titanium na ito, na maaaring i-3D print nang sampu-sampung libo, ang susi sa tibay at maayos na pagtiklop at pagbuka ng produkto.

● Mga medikal at dental implant

△Ang 3D printed titanium implant na Construx Mimi Ti Spacer System ng American Orthofix Medical ay inaprubahan ng US FDA noong 2021

Sa industriya ng medisina, ang mga 3D printed titanium implants ay naging matagumpay sa mga aplikasyon sa gulugod, balakang, tuhod, at mga paa't kamay dahil sa likas na biocompatibility at mahusay na mekanikal na katangian ng metal, kasama ang kakayahang mag-3D print ng mga custom na porous na istruktura (sa gayon ay nagbibigay-daan sa osseointegration) at mass customization para sa mas mahusay na resulta ng pasyente. Ang mga 3D printed titanium implants ay nakakakuha ng pag-apruba at demand mula sa mga regulator. Dahil ang karamihan sa mga medical implant ay ginawa upang masakop ang isang malaking bilang ng mga taong may parehong kondisyon, hindi ito angkop para sa lahat. Ang mga taong may mga bihirang sakit ay madalas na hindi kasama. Ngayon, sa pamamagitan ng 3D printing, posible nang gumawa ng mga implant na partikular na idinisenyo para sa mga indibidwal na pasyente.

Noong 2023, isang siruhano sa UK ang nagsagawa ng apat na operasyon sa pulso sa parehong araw, gamit ang mga 3D-printed na titanium plate na partikular sa pasyente upang itama ang mga dating bali na deformidad sa pulso. Sinabi ni Dr. Akshay Malhotra, consultant orthopedic surgeon at clinical lead para sa mga kamay at pulso: "Kapag nakumpleto na ang proseso ng pagpaplanong ito, ang mga bespoke plate ay inililimbag gamit ang titanium powder, pagkatapos ay sinusubok, ipinadala sa UK at ini-isterilisa sa County Hospital bilang paghahanda para sa operasyon."

△Ang 3D printed titanium screws ng CoreLink ay nagtatampok ng porous na istruktura na nagtataguyod ng paglaki ng buto, at ang mga bagong patient-specific titanium finger joints ng FingerKit Consortium

Gumamit ang mga doktor sa Manipal Hospital sa India ng 3D printed titanium nang gamutin nila ang isang pasyenteng may kanser na sinisira ng tumor ang kanyang dibdib noong 2022. Sa pangkalahatan, ang mga implant na ganito kalaki ay magiging masyadong mabigat para dalhin ng katawan ng tao, ngunit dahil ang titanium ay magaan at napakalakas, na may bigat na wala pang 250 gramo, mainam ito para sa pag-imprenta ng mga implant sa loob ng katawan. Dahil sa tagumpay ng 3D printed implant, ganap na gumaling ang pasyente at nakabalik sa kanyang normal na buhay nang hindi umaasa sa mga panlabas na makina upang matulungan siyang huminga.

△Sa pamamagitan ng titanium 3D printing, nagawa ng Angel Cycle Works na mabawasan nang malaki ang bigat at ma-optimize ang disenyo ng bagong Heaven bike

Karaniwan ang 3D printed na titanium sa mga performance bike ngayon. Ginagamit ang titanium sa mga crank, brake lever, stem, derailleur hanger, at maging sa mga full frame. Ang titanium ay kasinglakas ng aluminum at kasinggaan ng carbon fiber, nang walang mga isyu sa sustainability ng carbon fiber. Ipinaliwanag ng tagagawa ng bisikleta na Carbon Wasp kung bakit tinatalikuran nito ang aluminum at carbon fiber at pinapaboran ang paggamit ng 3D printed na titanium upang gawin ang pinakabagong aftermarket crank arm nito. Sabi ng Carbon Wasp: “Nakaisip kami ng lahat ng uri ng malikhaing paraan para ikabit ang crank sa gearbox shaft nang hindi pinipiga ang carbon fiber, ngunit palaging may ilang metal insert na kinakailangan, at ang pagdidikit ng mga insert sa carbon fiber ay magkakaroon ng mga problema. Sa walang katapusang mga tanong. Pagkatapos ng ilang prototyping, natuklasan ng Carbon Wasp na ang isang 3D printed na lattice-filled titanium crank ay kasinggaan ng carbon ngunit mas malakas sa mga lugar na madaling maapektuhan. Sa tingin pa rin namin ang carbon fiber ang pinakamahusay para sa maraming iba pang gamit. mga materyales, kabilang ang frame, ngunit nagtatrabaho na kami sa iba pang mga bahagi ng titanium.”

Tungkol sa mga full frame, sinabi ng tagagawa ng bisikleta na Angel Cycle Works na nag-3D print ito ng isang all-titanium frame na may iisang magaan na bahagi, na nakakabawas sa mahahalagang segundo sa oras ng karera at nagbibigay-daan sa mga bagong disenyo. Ang bagong superbike nito, na tinatawag na Heaven, ay 400 gramo na mas magaan kaysa sa nakaraang bersyon. Ang isa pang all-titanium alloy frame na inilunsad ng Pilot ngayong taon ay tinatawag na Pilot Seiren. Ang frame ng road bike ay ganap na 3D printed mula sa titanium (hinati sa tatlong bahagi). Sinasabi ng kumpanya na ang 3D printing titanium ay nagbibigay-daan dito na i-customize ang bisikleta ayon sa kagustuhan ng rider, at ang frame ay hindi nangangailangan ng anumang pintura o patong.

△Ang kompanya ng bisikleta na Mythos ay nag-aalok sa mga customer ng iba't ibang 3D printed na titanium na bahagi, kabilang ang mga handlebar na ito, habang ang Verve Cycling (kanan) ay nag-aalok ng mga bagong 3D printed na titanium cranks.

Plano ng GKN Aerospace na magdagdag ng isang bagong malakihang titanium 3D printer sa pabrika nito sa Texas

△Dahil isa lang ang kailangan ng NASA, mas makatuwiran ang paggamit ng 3D printing na titanium components para sa lunar deployable arm kaysa sa tradisyonal na paggawa.

● Paggawa

Ang tagagawa ng semiconductor na ASML ay gumagamit na ngayon ng 3D printing sa halip na magpanday ng mga titanium carrier tray preform (ginagamit sa produksyon ng wafer), na nakakatipid ng 64% sa mga hilaw na materyales at mas mabilis na naghahatid ng mga ito. Ang Norsk Titanium, isang kumpanya ng metal additive manufacturing na gumagamit ng directed energy deposition (DED) platform, ay nag-iimprenta ng 80 kilo (humigit-kumulang 176 pounds) ng near-net shape preforms gamit ang Ti64 para magamit sa produksyon ng semiconductor wafer.

△3D printed na titanium alloy wheel hub bracket na gawa ng University of Washington

△Pulbos na titan

Maraming kompanya, kabilang ang Virtual Foundry, ang nag-aalok ng titanium wire para sa extruder-based fused deposition modeling (FDM). Ang materyal ay naglalaman ng metal powder na naka-embed sa PLA at maaaring i-print gamit ang mga FDM printer sa temperatura ng extruder na higit sa 205 °C. Pagkatapos ng post-processing at sintering, ang mga filament na ito ay maaaring gumawa ng mga bahaging metal na may nilalamang metal na mahigit 90%, kaya angkop ang mga ito para sa prototyping.

△Ang laboratoryo ng pag-imprenta ng metal 3D sa unibersidad, ang Washington Joint Center for Earth Abundant Materials Deployment and Research, ay gumagawa ng mga piyesa mula sa titanium

Sa madaling salita, ang pag-unlad sa hinaharap ng 3D printed titanium ay puno ng pag-asa at gaganap ng mas malaking papel sa maraming larangan. Sa pamamagitan ng patuloy na teknolohikal na inobasyon at pagpapalawak ng aplikasyon, ang 3D printed titanium ay magdadala ng mas maginhawa, mahusay, at de-kalidad na mga bahaging metal sa lipunan.