Τιτάνιο 3D Εκτύπωση οδηγός

Το τιτάνιο είναι ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα μέταλλα στην κατασκευή πρόσθετων και χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδιαστημική, την αντικατάσταση αρμών και τα χειρουργικά εργαλεία, τους σκελετούς αγώνων και ποδηλάτων, τα ηλεκτρονικά είδη και άλλα προϊόντα υψηλής απόδοσης.
Το τιτάνιο και τα κράματα με βάση το τιτάνιο προσφέρουν υψηλή μηχανική αντοχή, υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος και καλύτερη αντοχή στη διάβρωση από τον ανοξείδωτο χάλυβα. Το υλικό θα μπορούσε να κάνει τους πυραύλους και τα αεροσκάφη ελαφρύτερα, εξοικονομώντας καύσιμα και αυξάνοντας τη χωρητικότητα ωφέλιμου φορτίου. Μπορεί επίσης να κάνει ελαφρύτερα ηλεκτρονικά προϊόντα όπως smartphone και γυαλιά VR. Το ίδιο ισχύει και για τα ιατρικά εμφυτεύματα. Επιπλέον, εάν συνδυάσετε τις εγγενείς ιδιότητες του τιτανίου με τις μοναδικές δυνατότητες της τρισδιάστατης εκτύπωσης, τα πλεονεκτήματα πολλαπλασιάζονται.
Τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη τιτανίου: αρθρώσεις ισχίου της GE Additive, λεπίδες ανεμιστήρα του Sciaky, άκρες πυραύλων της Arcam Darker, εξαρτήματα πλέγματος τιτανίου της 3D Systems, στεντ από τιτάνιο της EOS, χειρουργικά εμφυτεύματα σπονδυλικής στήλης της Zenith Tecnica.
Η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης μπορεί να κάνει αυτό το ακριβό μέταλλο πιο αποτελεσματικά με χαμηλότερη κατανάλωση πρώτων υλών και λιγότερα σκραπ. Ως τεχνολογία ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων, η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποιεί συνήθως μόνο την ποσότητα υλικού που απαιτείται για την κατασκευή του εξαρτήματος και σχετικά μικρή δομή στήριξης.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση επιτρέπει επίσης πολύπλοκα σχέδια, όπως εσωτερικά κανάλια, κοίλα ή δικτυωτά μέρη να μειώνουν το βάρος, κάτι που δεν είναι δυνατό με καμία άλλη μέθοδο κατασκευής. Επειδή δεν απαιτούνται καλούπια ή εργαλεία, η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης τιτανίου μπορεί να δημιουργήσει οικονομικά εξαρτήματα μοναδικά στο είδος τους, όπως εμφυτεύματα, πρωτότυπα και ερευνητικά εργαλεία για συγκεκριμένους ασθενείς.
Το τρισδιάστατο τυπωμένο τιτάνιο έχει πολυάριθμες εφαρμογές στην κατασκευή, την υγειονομική περίθαλψη, την εξερεύνηση του διαστήματος και άλλους τομείς. Ας ρίξουμε μια ματιά στο γιατί το τιτάνιο είναι τόσο κατάλληλο για την κατασκευή προσθέτων και τις τρέχουσες εφαρμογές του.
1. Εφαρμογή τρισδιάστατης εκτύπωσης κράματος τιτανίου
Η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να δημιουργήσει πολύ λεπτά τοιχώματα, περίπλοκα εξαρτήματα από τιτάνιο, γι' αυτό χρησιμοποιείται για την κατασκευή θηκών ρολογιών, όπως τα ρολόγια Panerai και Holthinrichs που απεικονίζονται εδώ, τα οποία φημολογείται ότι αποτελούν μέρος του Apple Watch Ultra.
Το 2023, ο κατασκευαστής smartphone Honor λάνσαρε ένα νέο πτυσσόμενο τηλέφωνο Magic V2, το οποίο χρησιμοποιεί ένα κάλυμμα μεντεσέδων από κράμα τιτανίου εκτυπωμένο 3D, το οποίο είναι ελαφρύτερο και 150% ισχυρότερο από την προηγούμενη έκδοση από κράμα αλουμινίου. Η εταιρεία ισχυρίζεται ότι αυτό το μικρό κομμάτι μετάλλου τιτανίου μπορεί να εκτυπωθεί σε δεκάδες χιλιάδες μεταλλικά φύλλα τιτανίου μέσω της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία είναι επίσης το κλειδί για τη μακροχρόνια και ομαλή αναδίπλωση και ξεδίπλωμα του προϊόντος.
Ιατρικά και Οδοντικά Εμφυτεύματα

Στην ιατρική βιομηχανία, τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εμφυτεύματα τιτανίου έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε αρθρώσεις σπονδυλικής στήλης, ισχίου, γόνατος και άκρων λόγω της βιοσυμβατότητας και των καλών μηχανικών ιδιοτήτων του ίδιου του μετάλλου, σε συνδυασμό με την ικανότητα της τρισδιάστατης εκτύπωσης να προσαρμόζει την πορώδη δομή ( Επίτευξη οστεοενσωμάτωσης ) και μαζική προσαρμογή, φέρνοντας έτσι καλύτερα αποτελέσματα θεραπείας στους ασθενείς.
Τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα εμφυτεύματα τιτανίου κερδίζουν αυξανόμενη έγκριση και ζήτηση από τους κανονισμούς. Δεδομένου ότι τα περισσότερα ιατρικά εμφυτεύματα κατασκευάζονται για μια μεγάλη ομάδα ατόμων με την ίδια πάθηση, δεν είναι κατάλληλα για όλους. Τα άτομα με σπάνιες ασθένειες συχνά αποκλείονται. Τώρα, με την τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης, είναι δυνατή η παραγωγή εμφυτευμάτων που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για μεμονωμένους ασθενείς.
Το 2023, ένας χειρουργός στο Ηνωμένο Βασίλειο πραγματοποίησε τέσσερις χειρουργικές επεμβάσεις στον καρπό την ίδια μέρα, χρησιμοποιώντας τρισδιάστατες εκτυπωμένες για τον ασθενή πλάκες τιτανίου για να διορθώσει μια προηγουμένως σπασμένη παραμόρφωση του οστού του καρπού. «Μόλις ολοκληρωθεί αυτή η διαδικασία σχεδιασμού», είπε ο Δρ Akshay Malhotra, σύμβουλος ορθοπεδικός και κλινικός επικεφαλής για χειρουργική επέμβαση χεριού και καρπού στα Πανεπιστημιακά Νοσοκομεία του North Midlands, οι προσαρμοσμένες πλάκες εκτυπώνονται με τη χρήση σκόνης τιτανίου, στη συνέχεια δοκιμάζονται, αποστέλλονται στο Ηνωμένο Βασίλειο και στειρώθηκε στο επαρχιακό νοσοκομείο στο πλαίσιο προετοιμασίας για χειρουργική επέμβαση.
Το 2022, οι γιατροί στα Νοσοκομεία Manipal στην Ινδία συνάντησαν έναν καρκινοπαθή του οποίου ο όγκος κατέστρεφε τα πλευρά του, έτσι στράφηκαν σε 3D εκτυπωμένο τιτάνιο. Σε γενικές γραμμές, τα εμφυτεύματα αυτού του επιπέδου είναι πολύ βαριά για να τα αντέχει το ανθρώπινο σώμα, αλλά επειδή το τιτάνιο είναι ελαφρύ και ισχυρό, είναι δυνατή η τρισδιάστατη εκτύπωση αντικαταστατών για συγκεκριμένους ασθενείς που ζυγίζουν λιγότερο από 250 γραμμάρια. Χάρη στην επιτυχία του τρισδιάστατου εκτυπωμένου εμφυτεύματος, ο ασθενής ανάρρωσε πλήρως και επέστρεψε στην κανονική του ζωή χωρίς να βασίζεται σε εξωτερικά μηχανήματα για να τον βοηθήσουν να αναπνεύσει.
Σε μια δοκιμή χειρουργικής επέμβασης αντικατάστασης οστού αστραγάλου χρησιμοποιώντας οστά Talas από τιτάνιο προσαρμοσμένα σε 3D εκτυπωμένα οστά, οι ασθενείς ανέφεραν θετικά αποτελέσματα. Η αντικατάσταση οστού σημαίνει ότι οι ασθενείς δεν χρειάζονται ολική αντικατάσταση αστραγάλου. Ο αστραγάλος είναι ένα πολύ συγκεκριμένο ανατομικό χαρακτηριστικό του ασθενούς, που απαιτεί ένα μοναδικό 3D τμήμα σχεδιασμένο με βάση τα δεδομένα αξονικής τομογραφίας του ασθενούς.
Ο Οργανισμός Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ ενέκρινε μεγάλο αριθμό 3D εκτυπωμένων εμφυτευμάτων τιτανίου το 2023, που αφορούν κυρίως εμφυτεύματα σπονδυλικής στήλης.
Η πρώτη εξ ολοκλήρου μεταλλική (τιτάνιο) τυπωμένη συσκευή αρθροπλαστικής ποδοκνημικής 3D για συγκεκριμένο ασθενή θα εγκριθεί το 2023.
Το οπίσθιο τρισδιάστατο εκτυπωμένο σύστημα σύντηξης Tilink-P από τιτάνιο ιερολαγόνιο της SurGenTec θα εγκριθεί το 2023.
Το τρισδιάστατο εκτυπωμένο εμφύτευμα FloSpine για τη στήριξη της σπονδυλικής στήλης, το Tri-Largo Cervical Spine System, πρόκειται να λάβει την έγκριση του FDA το 2023.
Το τρισδιάστατο αυχενικό σύστημα σύντηξης της Eminent Spine (3D εκτυπωμένη διαμόρφωση τιτανίου) θα λάβει την έγκριση του FDA το 2023.
Το τρισδιάστατο τυπωμένο σύστημα αυχενικού αποστάτη από τιτάνιο Blackhawk Ti της ChoiceSpine θα λάβει την έγκριση του FDA το 2023.
Το σύστημα σύντηξης ιερολαγόνιων αρθρώσεων Siber Ti της Corelink (πορώδες, νανοεπιφανειακό, τρισδιάστατο εκτυπωμένο εμφύτευμα τιτανίου) θα λάβει την έγκριση του FDA το 2023.
ποδήλατο
Το τρισδιάστατο τυπωμένο τιτάνιο είναι σχεδόν κοινό στα σημερινά ποδήλατα απόδοσης, όπου κάθε ουγγιά βάρους μετράει και η υψηλή αντοχή είναι ζωτικής σημασίας. Χρησιμοποιημένο σε στρόφαλους, μοχλούς φρένων, στελέχη, κρεμάστρες εκτροχιαστή, ακόμη και σε πλήρη κουφώματα, το τιτάνιο έχει αποδειχθεί ότι είναι τόσο ισχυρό όσο το αλουμίνιο και ελαφρύ όσο οι ανθρακονήματα χωρίς τις προκλήσεις βιωσιμότητας των ανθρακονημάτων.
Πρόσφατα, ο κατασκευαστής ποδηλάτων Carbon Wasp εξήγησε γιατί παραλείπει το αλουμίνιο και τις ανθρακονήματα υπέρ της τρισδιάστατης εκτύπωσης τιτανίου για να δημιουργήσει τους πιο πρόσφατους βραχίονες μανιβέλας μετά την αγορά.
Μιλώντας για full frames, ο κατασκευαστής ποδηλάτων Angel Cycle Works λέει ότι εκτύπωσε τρισδιάστατα ένα πλαίσιο από τιτάνιο σε ένα ελαφρύ εξάρτημα, το οποίο ξυρίζει κρίσιμα δευτερόλεπτα από τους χρόνους αγώνα και επιτρέπει νέες γεωμετρίες σχεδιασμού. Το νέο του superbike, που ονομάζεται Heaven, είναι 400 γραμμάρια ελαφρύτερο από την προηγούμενη έκδοση. Ένα άλλο πλαίσιο από κράμα τιτανίου που κυκλοφόρησε φέτος από την Pilot ονομάζεται Pilot Seiren. Το πλαίσιο του ποδηλάτου δρόμου είναι εξ ολοκλήρου 3D εκτυπωμένο από τιτάνιο (χωρισμένο σε τρία μέρη). Η εταιρεία λέει ότι η τρισδιάστατη εκτύπωση από τιτάνιο της επιτρέπει να προσαρμόζει το ποδήλατο στις προτιμήσεις του αναβάτη και το πλαίσιο δεν απαιτεί βαφή ή επίστρωση.
Στην αεροδιαστημική βιομηχανία, υπάρχουν επί του παρόντος πολλά ανταλλακτικά ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων με βάση το τιτάνιο σε εμπορική και στρατιωτική χρήση και πολλά άλλα πρωτότυπα βρίσκονται σε διαδικασία πιστοποίησης από την FAA. Το τιτάνιο τρισδιάστατης εκτύπωσης βραβεύεται για τη χαμηλή αναλογία «αγοράς προς πτήση», ένας όρος αεροδιαστημικής που αναφέρεται στη συσχέτιση μεταξύ του βάρους του αρχικού υλικού και του βάρους του εκτυπωμένου μέρους.
Αρκετοί συμβασιούχοι κατασκευαστές που ειδικεύονται στις αγορές αεροδιαστημικής, άμυνας και διαστήματος, όπως η Primus Aerospace, η StarHagen Aerospace και η Zeda, έχουν επενδύσει σε τρισδιάστατους εκτυπωτές ικανούς να παράγουν πρωτότυπα και τελικά εξαρτήματα από τιτάνιο.

Το 2023, η GKN Aerospace ανακοίνωσε σχέδια για την κατασκευή μιας τεράστιας κυψέλης τρισδιάστατης εκτύπωσης για τρισδιάστατη εκτύπωση δομών αεροσκαφών τιτανίου ως μέρος του νέου παγκόσμιου τεχνολογικού της κέντρου στο Τέξας. Ο εκτυπωτής, που ονομάζεται Cell 3, μπορεί να κάνει εξαρτήματα τιτανίου μήκους πέντε μέτρων.
βιομηχανοποίηση
Ο κατασκευαστής ημιαγωγών ASML στράφηκε στην τρισδιάστατη εκτύπωση τιτανίου για εντελώς διαφορετικούς λόγους. Τώρα τα προμορφώματα του δίσκου μεταφοράς τιτανίου (που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή γκοφρέτας) εκτυπώνονται σε 3D και όχι σφυρήλατα, γεγονός που εξοικονομεί το 64% των πρώτων υλών. Και παραδίδεται πιο γρήγορα. Η Norsk Titanium, μια εταιρεία κατασκευής πρόσθετων μετάλλων που χρησιμοποιεί πλατφόρμα κατευθυνόμενης εναπόθεσης ενέργειας (DED), εκτυπώνει 80 κιλά (περίπου 176 λίβρες) προμορφωμάτων σχεδόν διχτυού (που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή γκοφρέτας ημιαγωγών) με Ti64.
Η Norsk ανέπτυξε το πρόπλασμα με τον Ολλανδό εταίρο Hittech Group και, σύμφωνα με τη Norsk, χρησιμοποιείται στα συστήματα λιθογραφίας της ASML. Η ASML, επίσης με έδρα την Ολλανδία, είναι μια από τις πιο συζητημένες εταιρείες στον κόσμο εν μέσω της έλλειψης chip τα τελευταία χρόνια. Συγκεκριμένα, η ASML είναι γνωστή για την παραγωγή της μοναδικής στον κόσμο μηχανής λιθογραφίας ακραίας υπεριώδους (EUV).
Ακόμη και το Ναυτικό των ΗΠΑ έχει αρχίσει να υιοθετεί τρισδιάστατο εκτυπωμένο τιτάνιο για να εξοικονομήσει χρόνο και χρήμα και να εξαλείψει την εξάρτηση από ξένες αλυσίδες εφοδιασμού. Χωρίς εγχώριες δυνατότητες για την κατασκευή των μεγάλων χυτών τιτανίου που απαιτούνται για φυγόκεντρες αντλίες υψηλής απόδοσης, το Ναυτικό υπέφερε από μεγάλους χρόνους παράδοσης και μια αλυσίδα εφοδιασμού που χρησιμοποιούσε υψηλού κόστους πρώτες ύλες τιτανίου υψηλής έντασης άνθρακα. Σύντομα, όμως, συνεργαζόμενος με τους νέους εγχώριους εταίρους της IperionX Company για την παραγωγή ανακυκλωμένης σκόνης τιτανίου και της Carver Pump Company για την ταχεία κατασκευή πρωτοτύπων, το Πολεμικό Ναυτικό θα είναι σε θέση να συντομεύσει σημαντικά τον κύκλο παράδοσης των βασικών εξαρτημάτων, να βελτιώσει τη διαθεσιμότητα του εξοπλισμού και να ανακυκλώσει βιώσιμα τα κρίσιμα της Building America. εφοδιαστική αλυσίδα τιτανίου.