Μάθετε για τις ιδιότητες του τρισδιάστατου εκτυπωμένου τιτανίου

1. Κατανοήστε το μέταλλο τιτανίου
Το καθαρό τιτάνιο δεν χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές μηχανικής, αλλά χρησιμοποιείται συνήθως στη βιοϊατρική αγορά για εξαρτήματα όπως εμφυτεύματα γονάτων και ισχίου. Τα κράματα με βάση το τιτάνιο - μείγματα ελεγχόμενων μεταλλικών συνθέσεων που παρέχουν συγκεκριμένες μηχανικές ιδιότητες - χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανίες που απαιτούν πολύ συγκεκριμένες ιδιότητες εξαρτημάτων. Οι προμηθευτές μεταλλικών υλικών παρέχουν από καιρό στους κατασκευαστές τιτάνιο για χύτευση και τώρα αρχίζουν να προσφέρουν και σκόνες τιτανίου ειδικά σχεδιασμένες για την ταχεία κατασκευή πρωτοτύπων.
Τιτάνιο για την παραγωγή προσθέτων
Το τιτάνιο 6Al-4V βαθμού 5 είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο κράμα τιτανίου στην κατασκευή προσθέτων, καθιστώντας το ιδανικό υλικό για πρωτότυπα και λειτουργικά εξαρτήματα στον αεροδιαστημικό, την αυτοκινητοβιομηχανία και τον στρατιωτικό τομέα. Είναι επίσης ένα εξαιρετικό υλικό για την κατασκευή εξαρτημάτων με πολύπλοκες γεωμετρίες και ακρίβεια, καθώς και για εργαλεία παραγωγής.

Το τιτάνιο 6Al-4V βαθμού 23 είναι ένα βιοσυμβατό κράμα που χρησιμοποιείται συνήθως σε ιατρικά εμφυτεύματα και προσθετικά.
Η αντοχή του τιτανίου βαθμού Beta 21S είναι υψηλότερη από τα παραδοσιακά κράματα τιτανίου όπως το Ti-6Al-4V και η αντίσταση στην οξείδωση και η αντίσταση ερπυσμού είναι επίσης καλύτερες από τα παραδοσιακά κράματα τιτανίου όπως το Ti{{3} }V-3Κρ. Το τιτάνιο 21 έχει τη χαμηλότερη απόδοση απορρόφησης υδρογόνου από όλα τα κράματα τιτανίου. Είναι ιδανικό για ορθοπεδικά εμφυτεύματα και εφαρμογές αεροδιαστημικών κινητήρων. Το βήτα τιτάνιο χρησιμοποιείται ευρέως στην ορθοδοντική.
Το Cp-Ti βαθμού 1 και 2 (καθαρό τιτάνιο) χρησιμοποιείται ευρέως στον ιατρικό τομέα λόγω της βιοσυμβατότητάς του με το ανθρώπινο σώμα.
Το BT20 είναι ένα σχεδόν άλφα κράμα τιτανίου που περιέχει πρόσθετα αλουμινίου και ζιρκονίου. Τα εξαρτήματα από BT20 έχουν υψηλή ειδική αντοχή, υψηλή φέρουσα ικανότητα και αντοχή στη θερμοκρασία, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εξαρτήματα βαρέως τύπου στην κατασκευή αεροσκαφών και κινητήρων.
2. Πώς να εκτυπώσετε 3D τιτάνιο
Υπάρχει μια ποικιλία τεχνολογιών τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία κραμάτων με βάση το τιτάνιο, αλλά η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη είναι η διαδικασία σύντηξης με βάση σκόνης (σύντηξη κλίνης σκόνης λέιζερ, σύντηξη κλίνης σκόνης δέσμης ηλεκτρονίων) με τη χρήση σκόνης τιτανίου.
Σύμφωνα με μια έκθεση της εταιρείας συμβούλων Ampower, "Τα περισσότερα εξαρτήματα τιτανίου AM κατασκευάζονται με τεχνολογία σκόνης κρεβατιού. "Η τεχνολογία σύντηξης κρεβατιού πούδρας χρησιμοποιείται για την παραγωγή ελαφρών εξαρτημάτων για αεροδιαστημική και αγωνιστική καθώς και ιατρικά εμφυτεύματα, ενώ η τεχνολογία εκτόξευσης συνδετικού χρησιμοποιείται συνήθως για παράγουν μικρότερες ιατρικές συσκευές από τιτάνιο».
Χαρακτηριστικά του τρισδιάστατου εκτυπωμένου τιτανίου
Και στις δύο διαδικασίες κλίνης σκόνης, το πιο σημαντικό ερώτημα είναι πώς εξελίσσεται η μικροδομή του υλικού κατά τη διαδικασία εκτύπωσης και πώς η πυκνότητα ενέργειας και η μεταφερόμενη θερμότητα αλληλεπιδρούν με το πλέγμα υλικού. Αυτή η αλληλεπίδραση αντανακλάται στο χρονοεξαρτώμενο προφίλ θερμοκρασίας του λέιζερ ή της δέσμης ηλεκτρονίων που παραδίδεται στην πρώτη ύλη.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση υποβάλλει το μέταλλο τιτανίου σε πολύπλευρους και πολύπλοκους κύκλους θερμικής επεξεργασίας, επηρεάζοντας έτσι τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού. Δεδομένου ότι κάθε εκτυπωτής είναι διαφορετικός, τα υλικά ποικίλλουν και τα περιθώρια λεπτομέρειας είναι μεγάλα, μπορεί να είναι δύσκολο να εντοπιστούν οι τάσεις και οι σχέσεις μεταξύ τους. Πρόσφατα έχει γίνει πολλή έρευνα σε αυτόν τον τομέα και οι περισσότερες μελέτες δείχνουν την ανώτερη δομική ακεραιότητα των τρισδιάστατων εκτυπωμένων μερών τιτανίου.

Τον Μάρτιο του 2021, ο κατασκευαστής μεταλλικών τρισδιάστατων εκτυπωτών MELD Manufacturing δημοσίευσε δεδομένα που επιβεβαιώνουν ότι το τιτάνιο που παράγεται από τη διαδικασία του πληροί τις απαιτήσεις των προτύπων ASTM και AMS για την εκτύπωση υλικών σφυρηλάτησης.
Τα δεδομένα αναπτύχθηκαν σε συνεργασία με το National Center for Manufacturing Sciences (NCMS), το Army Research Laboratory (ARL) και το πρόγραμμα Advanced Manufacturing, Materials and Processes (AMMP) χρησιμοποιώντας Ti-6Al{{1} } Υλικό V (Ti64), γνωστό και ως επίπεδο ASTM 5) που δημιουργήθηκε για δοκιμή.
Αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι η αντοχή διαρροής, η τελική αντοχή εφελκυσμού και η επιμήκυνση του τυπωμένου υλικού σε όλους τους άξονες (συμπεριλαμβανομένης της κατεύθυνσης Z μέσω του τυπωμένου στρώματος) υπερβαίνουν τις ελάχιστες απαιτήσεις που καθορίζονται από τα πρότυπα ASTM.
Ο αριθμός των εγκεκριμένων από την FDA τρισδιάστατων τυπωμένων χειρουργικών εμφυτευμάτων με βάση το τιτάνιο των ΗΠΑ συνεχίζει να αυξάνεται καθώς οι κατασκευαστές ιατρικών προϊόντων υιοθετούν ολοένα και περισσότερο τεχνολογίες παραγωγής πρόσθετων στις παραγωγικές τους δυνατότητες.