Vodnik za 3D tiskanje iz titana

Titan je ena najpogosteje uporabljenih kovin v aditivni proizvodnji in se pogosto uporablja v letalstvu, zamenjavi sklepov in kirurških orodjih, okvirjih dirkalnih in kolesarskih koles, elektroniki in drugih visoko zmogljivih izdelkih.
Titan in zlitine na osnovi titana ponujajo visoko mehansko trdnost, visoko razmerje med trdnostjo in težo ter boljšo odpornost proti koroziji kot nerjavno jeklo. Material bi lahko olajšal rakete in letala, prihranil gorivo in povečal nosilnost. Prav tako lahko olajša elektronske izdelke, kot so pametni telefoni in očala VR. Enako velja za medicinske vsadke. Poleg tega se prednosti pomnožijo, če združite inherentne lastnosti titana z edinstvenimi zmogljivostmi 3D tiskanja.
3D natisnjeni deli iz titana: kolčni sklepi GE Additive, lopatice ventilatorja Sciaky, konice raket Arcam Darker, komponente iz titanove mreže 3D Systems, titanovi stenti EOS, kirurški hrbtenični vsadki Zenith Tecnica.
Tehnologija 3D tiskanja lahko naredi to drago kovino učinkovitejšo z manjšo porabo surovin in manj odpadkov. Kot tehnologija hitre izdelave prototipov kovinsko 3D tiskanje običajno uporablja le toliko materiala, ki je potreben za izdelavo dela, in relativno malo podporne strukture.
3D-tiskanje omogoča tudi zapletene oblike, kot so notranji kanali, votli ali rešetkasti deli za zmanjšanje teže, kar ni mogoče z nobeno drugo proizvodno metodo. Ker niso potrebni kalupi ali orodja, lahko tehnologija 3D-tiskanja iz titana stroškovno učinkovito ustvari edinstvene dele, kot so vsadki, specifični za pacienta, prototipi in raziskovalna orodja.
3D natisnjen titan ima številne aplikacije v proizvodnji, zdravstvu, raziskovanju vesolja in na drugih področjih. Oglejmo si, zakaj je titan tako primeren za aditivno proizvodnjo in njegove trenutne aplikacije.
1. Uporaba titanove zlitine za 3D tiskanje
3D-tiskanje lahko ustvari zelo tankostenske, zapletene dele iz titana, zato se uporablja za izdelavo ohišij ur, kot sta na sliki prikazani uri Panerai in Holthinrichs, za katere se govori, da sta del Apple Watch Ultra.
Leta 2023 je proizvajalec pametnih telefonov Honor predstavil nov zložljivi telefon Magic V2, ki uporablja 3D natisnjen pokrov tečaja iz titanove zlitine, ki je lažji in 150 % močnejši od prejšnje različice iz aluminijeve zlitine. Podjetje trdi, da je ta majhen kos kovine iz titana mogoče natisniti v več deset tisoč listov iz kovine iz titana s tehnologijo 3D tiskanja, kar je tudi ključ do dolgotrajnega in gladkega zgibanja in odvijanja izdelka.
Medicinski in zobni vsadki

V medicinski industriji so bili 3D natisnjeni titanovi vsadki uspešno uporabljeni v sklepih hrbtenice, kolka, kolena in okončin zaradi biokompatibilnosti in dobrih mehanskih lastnosti same kovine, skupaj z zmožnostjo 3D tiskanja za prilagoditev porozne strukture ( Doseganje osteointegracije ) in množično prilagajanje, s čimer bolnikom prinaša boljše rezultate zdravljenja.
3D natisnjeni titanovi vsadki pridobivajo vse večjo regulativno odobritev in povpraševanje. Ker je večina medicinskih vsadkov narejenih za veliko skupino ljudi z enakim stanjem, niso primerni za vsakogar. Ljudje z redkimi boleznimi so pogosto izključeni. Zdaj je s tehnologijo 3D tiskanja mogoče izdelati vsadke, zasnovane posebej za posamezne paciente.
Leta 2023 je kirurg v Združenem kraljestvu izvedel štiri operacije zapestja na isti dan, pri čemer je uporabil za pacienta specifične 3D-natisnjene titanove plošče, da bi popravil predhodno zlomljeno deformacijo zapestja. "Ko je ta postopek načrtovanja končan," je povedal dr. Akshay Malhotra, svetovalec ortopedski kirurg in vodja klinične kirurgije rok in zapestja v univerzitetnih bolnišnicah North Midlands, so po meri izdelane plošče natisnjene s titanovim prahom, nato testirane, poslane v Združeno kraljestvo in sterilizirana v okrožni bolnišnici v pripravah na operacijo.
Leta 2022 so zdravniki v bolnišnicah Manipal v Indiji naleteli na bolnika z rakom, ki mu je tumor uničeval rebra, zato so se obrnili na 3D-natisnjen titan. Na splošno so vsadki te ravni pretežki, da bi jih človeško telo nosilo, a ker je titan lahek in močan, je možno 3D-natisniti nadomestke, prilagojene bolniku, ki tehtajo manj kot 250 gramov. Zahvaljujoč uspehu 3D tiskanega vsadka je pacient popolnoma okreval in se vrnil v normalno življenje, ne da bi se pri dihanju zanašal na zunanje naprave.
V preskušanju operacije zamenjave kosti gležnja z uporabo pacientu prilagojenih 3D-natisnjenih titanovih kosti Talas so bolniki poročali o pozitivnih rezultatih. Zamenjava kosti pomeni, da bolniki ne potrebujejo popolne zamenjave gležnja. Talus je zelo specifična anatomska značilnost pacienta, ki zahteva edinstven 3D del, oblikovan na podlagi podatkov pacientovega CT skeniranja.
Ameriška uprava za hrano in zdravila je leta 2023 odobrila veliko število 3D-natisnjenih titanovih vsadkov, ki so v glavnem vključevali hrbtenične vsadke.
Prva v celoti kovinska (titanova) 3D-natisnjena naprava za artroplastiko gležnja za posamezne paciente bo odobrena leta 2023.
SurGenTecov posteriorni 3D natisnjeni titanov sistem za fuzijo sakroiliakalnih sklepov Tilink-P bo odobren leta 2023.
FloSpineov 3D natisnjen vsadek za podporo hrbtenice, Tri-Largo Cervical Spine System, bo leta 2023 prejel odobritev FDA.
Sistem 3D cervikalne medkoreninske fuzije podjetja Eminent Spine (3D natisnjena konfiguracija iz titana) bo leta 2023 prejel odobritev FDA.
ChoiceSpineov titanov Blackhawk Ti 3D natisnjen cervikalni distančni sistem bo leta 2023 prejel odobritev FDA.
Corelinkov sistem za fuzijo sakroiliakalnih sklepov Siber Ti (porozen, nanopovršinski, 3D natisnjen titanov vsadek) bo leta 2023 prejel odobritev FDA.
kolo
3D natisnjen titan je skoraj običajen pri današnjih zmogljivih kolesih, kjer šteje vsaka unča teže in je velika trdnost ključnega pomena. Titan, ki se uporablja v gonilkah, zavornih ročicah, drogovih, obešalih menjalnika in celo v polnih okvirjih, se je izkazal kot močan kot aluminij in lahek kot ogljikova vlakna brez izzivov glede trajnosti ogljikovih vlaken.
Pred kratkim je proizvajalec koles Carbon Wasp podrobno razložil, zakaj opušča aluminij in ogljikova vlakna v korist 3D tiskanja titana, da bi ustvaril svoje najnovejše gonilke za poprodajno prodajo.
Ko že govorimo o polnih okvirjih, proizvajalec koles Angel Cycle Works pravi, da je 3D-natisnil okvir iz titana v eni lahki komponenti, ki skrajša ključne sekunde časa dirke in omogoči nove geometrije dizajna. Njegov novi superbike, imenovan Heaven, je 400 gramov lažji od prejšnje različice. Še en okvir iz popolnoma titanove zlitine, ki ga je letos lansiral Pilot, se imenuje Pilot Seiren. Okvir cestnega kolesa je v celoti 3D natisnjen iz titana (razdeljen na tri dele). Družba pravi, da 3D-tiskanje titana omogoča prilagoditev kolesa po željah kolesarja, okvir pa ne potrebuje barve ali premaza.
V vesoljski industriji je trenutno več delov za hitro izdelavo prototipov na osnovi titana v komercialni in vojaški uporabi, številni drugi prototipi pa so v postopku certificiranja s strani FAA. Titan za 3D-tiskanje je cenjen zaradi nizkega "razmerja med nakupom in letenjem", vesoljski izraz, ki se nanaša na korelacijo med težo začetnega materiala in težo natisnjenega dela.
Več pogodbenih proizvajalcev, specializiranih za vesoljske, obrambne in vesoljske trge, kot so Primus Aerospace, StarHagen Aerospace in Zeda, je investiralo v 3D-tiskalnike, ki lahko izdelujejo prototipe in končne dele iz titana.

Leta 2023 je GKN Aerospace objavil načrte za izgradnjo ogromne 3D tiskarske celice za 3D tiskanje letalskih struktur iz titana kot del svojega novega globalnega tehnološkega centra v Teksasu. Tiskalnik, imenovan Cell 3, lahko izdeluje dele iz titana, dolge pet metrov.
proizvodnja
Proizvajalec polprevodnikov ASML se je obrnil na 3D tiskanje titana iz povsem drugih razlogov. Zdaj so predoblike nosilnih pladnjev iz titana (ki se uporabljajo pri proizvodnji rezin) 3D-natisnjene in ne kovane, kar prihrani 64 % surovin. In dostavljeno je hitreje. Norsk Titanium, podjetje za proizvodnjo kovinskih dodatkov, ki uporablja platformo za usmerjeno nanašanje energije (DED), tiska 80 kilogramov (približno 176 funtov) predoblik skoraj neto oblike (ki se uporabljajo pri proizvodnji polprevodniških rezin) s Ti64.
Norsk je razvil predobliko z nizozemskim partnerjem Hittech Group in se po besedah ​​Norska uporablja v litografskih sistemih ASML. ASML, prav tako s sedežem na Nizozemskem, je bilo eno najbolj razpravljanih podjetij na svetu ob pomanjkanju čipov v zadnjih nekaj letih. Natančneje, ASML je znan po izdelavi edinega stroja za litografijo z ekstremnim ultravijoličnim sevanjem (EUV) na svetu.
Tudi ameriška mornarica je začela uporabljati 3D natisnjen titan, da bi prihranila čas in denar ter odpravila odvisnost od tujih dobavnih verig. Brez domačih zmogljivosti za proizvodnjo velikih titanovih ulitkov, potrebnih za visoko zmogljive centrifugalne črpalke, je mornarica trpela zaradi dolgih dobavnih rokov in dobavne verige, ki je uporabljala drage surovine iz titana z visoko vsebnostjo ogljika. Toda kmalu bo mornarica s sodelovanjem z novimi domačimi partnerji IperionX Company za proizvodnjo recikliranega titanovega prahu in Carver Pump Company za hitro proizvodnjo prototipov lahko znatno skrajšala dobavni cikel ključnih delov, izboljšala razpoložljivost opreme in trajnostno reciklirala. dobavna veriga titana.