DeskFab X1
FF-M140
FF-M220
FF-M300
FF-M420
FF-M800
Các lĩnh vực ứng dụng và phát triển của công nghệ in 3D hợp kim titan
Titanium là một trong những kim loại được sử dụng phổ biến nhất trong sản xuất bồi đắp và được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ, dụng cụ thay thế khớp và phẫu thuật, khung xe đua và xe đạp, điện tử và các sản phẩm hiệu suất cao khác. Titanium và hợp kim gốc titanium được nhiều ngành công nghiệp đánh giá cao nhờ độ bền cơ học cao, tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao và khả năng chống ăn mòn tốt hơn thép không gỉ. Việc sử dụng vật liệu này có thể làm cho tên lửa và máy bay nhẹ hơn, do đó tiết kiệm nhiên liệu và tăng khả năng tải trọng. Nó cũng có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị điện tử nhẹ hơn như điện thoại thông minh và kính VR, cũng như trong cấy ghép y tế. Hơn nữa, khi các đặc tính vốn có của titanium được kết hợp với khả năng độc đáo của in 3D, lợi thế sẽ càng rõ ràng hơn. Vậy, titanium in 3D có những ứng dụng cụ thể nào? Các loại titanium phổ biến là gì? Máy inCó bán trên thị trường không?
△Các bộ phận titan được in 3D
Khớp hông từ GE Additive, cánh quạt từ Sciaky, đầu tên lửa từ Arcam Darker, các bộ phận dạng lưới titan từ 3D Systems, stent titan từ EOS, cấy ghép cột sống phẫu thuật từ Zenith Tecnica.
In 3D Công nghệ in 3D cho phép sản xuất titan hiệu quả hơn đồng thời giảm thiểu lãng phí nguyên liệu thô. Là một công nghệ gia công bồi đắp, in 3D kim loại thường chỉ sử dụng các vật liệu cần thiết để chế tạo chi tiết, cùng với một lượng tương đối nhỏ vật liệu cấu trúc hỗ trợ. In 3D cũng cho phép thiết kế phức tạp, chẳng hạn như các kênh bên trong và các chi tiết rỗng hoặc dạng lưới để giảm trọng lượng, điều không thể thực hiện được với bất kỳ phương pháp sản xuất nào khác. Vì không cần khuôn hoặc dụng cụ, in 3D titan có thể tạo ra các chi tiết độc nhất vô nhị một cách hiệu quả về chi phí, chẳng hạn như cấy ghép dành riêng cho bệnh nhân, nguyên mẫu và dụng cụ nghiên cứu. Có vô số ví dụ về việc in 3D titan để thúc đẩy sản xuất, chăm sóc sức khỏe, khám phá vũ trụ và nhiều lĩnh vực khác.
Ứng dụng của hợp kim titan trong in 3D
△Năm 2023, Panerai đã ra mắt mẫu Submersible S Brabus PAM01283 với vỏ bằng titan in 3D. Hình ảnh bên phải cho thấy Holthinrichs Deconstructed đã cho ra mắt chiếc đồng hồ titan in 3D đầu tiên.
Công nghệ in 3D titan hiện đang được sử dụng rộng rãi để sản xuất các sản phẩm đa dạng như thiết bị y tế, xe đạp hiệu suất cao, đồng hồ cao cấp và thiết bị điện tử tiêu dùng, với hy vọng tạo ra các sản phẩm nhẹ nhưng chắc chắn thông qua các thiết kế sáng tạo, thường là thiết kế riêng theo yêu cầu.
● Sản phẩm chính xác và sản phẩm điện tử
Công nghệ in 3D có thể tạo ra các bộ phận titan có thành rất mỏng và phức tạp, thường được sử dụng để chế tạo vỏ đồng hồ, chẳng hạn như đồng hồ Panerai và Holthinrichs được minh họa ở trên. Người ta cho rằng vỏ đồng hồ hợp kim titan cũng sẽ là một bộ phận sắp ra mắt của Apple Watch Ultra.
△Nắp che bản lề bằng hợp kim titan in 3D được sử dụng trong điện thoại thông minh gập Honor Magic V2 năm 2023
Năm 2023, nhà sản xuất điện thoại thông minh Honor đã ra mắt chiếc điện thoại gập Magic V2 mới, với nắp gập bằng titan được in 3D, nhẹ hơn và chắc chắn hơn 150% so với phiên bản nhôm trước đó. Honor cho biết mảnh titan nhỏ này, có thể được in 3D với số lượng hàng chục nghìn chiếc, là chìa khóa cho độ bền và khả năng gập mở mượt mà của sản phẩm.
● Cấy ghép y tế và nha khoa
△Hệ thống cấy ghép titan in 3D Construx Mimi Ti Spacer System của American Orthofix Medical đã được FDA Hoa Kỳ phê duyệt vào năm 2021.
Trong ngành y tế, cấy ghép titan in 3D đã thành công trong các ứng dụng cột sống, hông, gối và chi nhờ khả năng tương thích sinh học vốn có và các đặc tính cơ học tốt của kim loại này, cùng với khả năng in 3D các cấu trúc xốp tùy chỉnh (nhờ đó cho phép tích hợp xương) và khả năng tùy chỉnh hàng loạt để mang lại kết quả tốt hơn cho bệnh nhân. Cấy ghép titan in 3D đang được các cơ quan quản lý phê duyệt và có nhu cầu cao. Vì hầu hết các thiết bị cấy ghép y tế được sản xuất để phục vụ một số lượng lớn người mắc cùng một bệnh, nên chúng không phù hợp với tất cả mọi người. Những người mắc bệnh hiếm gặp thường bị loại trừ. Giờ đây, với công nghệ in 3D, có thể sản xuất các thiết bị cấy ghép được thiết kế riêng cho từng bệnh nhân.
Vào năm 2023, một bác sĩ phẫu thuật ở Anh đã thực hiện bốn ca phẫu thuật cổ tay trong cùng một ngày, sử dụng các tấm titan in 3D được thiết kế riêng cho từng bệnh nhân để điều chỉnh các biến dạng cổ tay bị gãy trước đó. Tiến sĩ Akshay Malhotra, bác sĩ phẫu thuật chỉnh hình kiêm trưởng nhóm lâm sàng về bàn tay và cổ tay, cho biết: “Sau khi quá trình lập kế hoạch hoàn tất, các tấm được thiết kế riêng sẽ được in bằng bột titan, sau đó được kiểm tra, vận chuyển đến Anh và khử trùng tại Bệnh viện County để chuẩn bị cho ca phẫu thuật.”
△Ốc vít titan in 3D của CoreLink có cấu trúc xốp giúp thúc đẩy sự phát triển của xương, và khớp ngón tay titan tùy chỉnh mới của FingerKit Consortium
Các bác sĩ tại Bệnh viện Manipal ở Ấn Độ đã sử dụng titan in 3D khi điều trị cho một bệnh nhân ung thư có khối u đang phá hủy ngực vào năm 2022. Thông thường, các vật cấy ghép có kích thước như vậy sẽ quá nặng đối với cơ thể người, nhưng vì titan nhẹ và rất chắc chắn, chỉ nặng chưa đến 250 gram, nên nó rất lý tưởng để in các vật cấy ghép bên trong cơ thể. Nhờ sự thành công của vật cấy ghép in 3D, bệnh nhân đã hồi phục hoàn toàn và có thể trở lại cuộc sống bình thường mà không cần đến máy móc hỗ trợ thở bên ngoài.
△Nhờ công nghệ in 3D titan, Angel Cycle Works đã giảm đáng kể trọng lượng và tối ưu hóa thiết kế của chiếc xe đạp Heaven mới.
Titanium in 3D rất phổ biến trong các loại xe đạp hiệu suất cao hiện nay. Titanium được sử dụng trong tay quay, cần phanh, ghi đông, móc đề và thậm chí cả khung xe. Titanium cứng như nhôm và nhẹ như sợi carbon, mà không gặp phải các vấn đề về tính bền vững của sợi carbon. Nhà sản xuất xe đạp Carbon Wasp giải thích lý do tại sao họ từ bỏ nhôm và sợi carbon để sử dụng titanium in 3D cho các tay quay thay thế mới nhất của mình. Carbon Wasp cho biết: “Chúng tôi đã nghĩ ra nhiều cách sáng tạo để kẹp tay quay vào trục hộp số mà không làm biến dạng sợi carbon, nhưng luôn cần một số miếng chèn kim loại, và việc dán các miếng chèn này vào sợi carbon sẽ gặp vấn đề. Sau một số thử nghiệm nguyên mẫu, Carbon Wasp nhận thấy rằng tay quay titanium in 3D có cấu trúc lưới nhẹ như carbon nhưng chắc chắn hơn ở những khu vực dễ bị va đập. Chúng tôi vẫn nghĩ rằng sợi carbon là vật liệu tốt nhất cho nhiều mục đích sử dụng khác, bao gồm cả khung xe, nhưng chúng tôi đang nghiên cứu các bộ phận titanium khác.”
Nói về khung xe nguyên khối, nhà sản xuất xe đạp Angel Cycle Works cho biết họ đã in 3D một khung xe hoàn toàn bằng titan nguyên khối, giúp rút ngắn thời gian đua và cho phép tạo ra các hình dạng thiết kế mới. Chiếc siêu xe mới của họ, có tên là Heaven, nhẹ hơn 400 gram so với phiên bản trước. Một khung xe hợp kim titan nguyên khối khác được Pilot ra mắt năm nay có tên là Pilot Seiren. Khung xe đạp đường trường này được in 3D hoàn toàn từ titan (chia thành ba phần). Công ty cho biết việc in 3D titan cho phép họ tùy chỉnh xe theo sở thích của người lái, và khung xe không cần sơn hoặc phủ bất kỳ lớp nào.
△Công ty xe đạp Mythos cung cấp cho khách hàng nhiều loại phụ tùng titan in 3D, bao gồm cả tay lái này, trong khi Verve Cycling (bên phải) cung cấp các bộ phận trục khuỷu titan in 3D mới.
△GKN Aerospace dự định bổ sung một máy in 3D titan quy mô lớn mới cho nhà máy của mình tại Texas.
△Vì NASA chỉ cần một chiếc, nên việc in 3D các bộ phận bằng titan cho cánh tay robot có thể triển khai trên Mặt Trăng sẽ hợp lý hơn so với phương pháp sản xuất truyền thống.
● Sản xuất
Nhà sản xuất chất bán dẫn ASML hiện đang sử dụng công nghệ in 3D thay vì rèn các phôi khay đỡ bằng titan (được sử dụng trong sản xuất wafer), giúp tiết kiệm 64% nguyên liệu thô và giao hàng nhanh hơn. Norsk Titanium, một công ty sản xuất bồi đắp kim loại sử dụng nền tảng lắng đọng năng lượng định hướng (DED), đang in 80 kg (khoảng 70 kg) phôi có hình dạng gần như hoàn chỉnh bằng Ti64 để sử dụng trong sản xuất wafer bán dẫn.
△Giá đỡ trục bánh xe hợp kim titan in 3D do Đại học Washington sản xuất
△Bột titan
△ Phòng thí nghiệm in 3D kim loại của trường đại học, thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Vật liệu Dồi dào trên Trái đất Washington, chế tạo các bộ phận từ titan.