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钛合金3D打印的应用领域及发展
钛是增材制造中最常用的金属之一，用于航空航天、关节置换和手术工具、赛车和自行车车架、电子产品和其他高性能产品。钛及钛基合金因其高机械强度、高强度重量比以及比不锈钢更好的耐腐蚀性而受到各行业的重视。使用这种材料可以使火箭和飞机变得更轻，从而节省燃料并增加有效载荷。能力。它还可用于制造更轻的电子产品，例如智能手机和虚拟现实护目镜，以及医疗植入物。而且，当钛的固有特性与3D打印的独特能力相结合时，优势将更加明显。那么，3D打印钛的具体用途有哪些呢？市场上常见的钛金打印机有哪些？
△3D打印钛零件
GE Additive 的髋关节、西亚基的风扇叶片、Arcam Darker 的火箭尖端、3D Systems 的钛晶格组件、EOS 的钛支架、Zenith Tecnica 的外科脊柱植入物
3D 打印可以更有效地制造钛，同时减少原材料浪费。作为一种增材技术，金属 3D 打印通常仅使用构建零件所需的材料以及相对少量的支撑结构材料。 3D 打印还可以实现复杂的设计，例如内部通道和中空或网格填充部件以减轻重量，这是任何其他制造方法都无法实现的。由于没有模具或工具，钛 3D 打印可以经济高效地制造独一无二的零件，例如患者专用植入物、原型和研究工具。 3D 打印钛促进制造、医疗保健、太空探索等领域的例子不胜枚举。
3D打印钛合金用途
△2023年，沛纳海发布了配备3D打印钛金属表壳的Submersible S Brabus PAM01283。右图为Holthinrichs Deconstructed推出首款3D打印钛金属腕表。
钛 3D 打印已广泛用于生产医疗设备、高性能自行车、豪华手表和消费电子产品等多种产品，希望通过创新的定制设计提供轻质但坚固的产品。
● 精密产品及电子产品
3D打印可以生产非常薄壁、复杂的钛金属零件，这些零件通常用于制造表壳，例如上图所示的沛纳海和Holthinrichs手表。据称，钛合金表壳也将成为即将推出的 Apple Watch Ultra 的一部分。
△2023款荣耀Magic V2折叠智能手机使用的3D打印钛合金铰链换档盖
2023 年，智能手机制造商荣耀推出了新款可折叠 Magic V2，其采用 3D 打印钛铰链式换档盖，比之前的铝制版本更轻，强度提高 150%。荣耀表示，这块可3D打印数万枚的小钛片是产品耐用、折叠展开顺畅的关键。
● 医疗和牙科植入物
△美国Orthofix Medical的3D打印钛种植体Construx Mimi Ti Spacer System于2021年获得美国FDA批准
在医疗行业，由于金属固有的生物相容性和良好的机械性能，加上 3D 打印定制多孔结构（从而实现骨整合）和质量的能力，3D 打印钛植入物在脊柱、髋部、膝盖和四肢应用中取得了成功定制以获得更好的患者治疗效果。 3D 打印钛植入物正在获得监管机构的批准和需求。由于大多数医疗植入物都是为了覆盖大量具有相同状况的人而设计的，因此它们并不适合所有人。患有罕见疾病的人经常被排除在外。现在，通过 3D 打印，可以生产专门为个体患者设计的植入物。
2023 年，英国的一名外科医生在同一天进行了四次手腕手术，使用患者专用的 3D 打印钛板来矫正先前骨折的手腕畸形。骨科医生顾问兼手部和腕部临床负责人阿克谢·马尔霍特拉 (Akshay Malhotra) 博士表示：“规划过程完成后，将使用钛粉打印定制板，然后进行测试，运往英国并在县医院进行消毒，为手术做准备。 ”
△CoreLink的3D打印钛螺钉具有促进骨骼生长的多孔结构，以及FingerKit Consortium的新型患者专用钛手指关节
2022年，印度马尼帕尔医院的医生在治疗一位肿瘤正在摧毁胸部的癌症患者时使用了3D打印钛。一般来说，这种尺寸的植入物对于人体来说太重而无法承受，但由于钛重量轻，高度它坚固耐用，重量不到 250 克，是打印体内植入物的理想选择。由于3D打印植入物的成功，患者完全康复并能够恢复正常生活，无需依赖外部机器帮助呼吸。
△通过钛金属3D打印，Angel Cycle Works能够显着减轻重量并优化新款Heaven自行车的设计
3D 打印钛合金在当今的高性能自行车中很常见。钛用于曲柄、刹车杆、把立、拨链器吊架，甚至全车架。钛与铝一样坚固，与碳纤维一样轻，并且没有碳纤维的可持续性问题。自行车制造商 Carbon Wasp 解释了为什么它放弃铝和碳纤维，转而使用 3D 打印钛来制造其最新的售后曲柄臂。 Carbon Wasp表示：“我们想出了各种创造性的方法，在不挤压碳纤维的情况下将曲柄夹紧到变速箱轴上，但总是需要一些金属嵌件，而将嵌件粘合到碳纤维上会出现问题。对于无尽的问题。经过一些原型设计后，Carbon Wasp 发现 3D 打印的晶格填充钛曲柄与碳一样轻，但在非常容易受到冲击的区域更坚固。我们仍然认为碳纤维对于许多其他用途来说是最好的。材料，包括框架，但我们已经在研究其他钛零件。”
说到全车架，自行车制造商 Angel Cycle Works 表示，他们在一个轻质组件中 3D 打印了全钛车架，这缩短了比赛时间的关键秒数，并实现了新的设计几何形状。它的新型超级摩托车名为 Heaven，比之前的版本轻 400 克。 Pilot今年推出的另一款全钛合金车架名为Pilot Seiren。这款公路自行车的车架完全由钛金属 3D 打印而成（分为三个部分）。该公司表示，3D 打印钛合金可以根据骑手的喜好定制自行车，而且车架不需要任何油漆或涂层。
△自行车公司Mythos为客户提供一系列3D打印钛零件，包括这些车把，而Verve Cycling（右）则提供新型3D打印钛曲柄。
△GKN Aerospace计划为其德克萨斯州工厂新增一台大型钛金属3D打印机
△由于 NASA 只需要一个，因此 3D 打印月球可展开臂的钛部件比传统制造更有意义。
● 制造
半导体制造商 ASML 现在采用 3D 打印而不是锻造钛承载托盘预成型件（用于晶圆生产），可节省 64% 的原材料并更快地交付。 Norsk Titanium 是一家使用定向能量沉积 (DED) 平台的金属增材制造公司，正在使用 Ti64 打印 80 公斤（约 176 磅）的近净形状预成型件，用于半导体晶圆生产。
△华盛顿大学制造的3D打印钛合金轮毂支架
△钛粉
△华盛顿地球丰富材料部署与研究联合中心大学金属3D打印实验室用钛制造零件