Посібник із 3D-друку на титані
Титан є одним із найбільш часто використовуваних металів у адитивному виробництві та широко використовується в аерокосмічній галузі, для заміни суглобів і хірургічних інструментів, рам для гонок і велосипедів, електроніки та інших високопродуктивних виробів.
Титан і сплави на основі титану мають високу механічну міцність, високе співвідношення міцності до ваги та кращу стійкість до корозії, ніж нержавіюча сталь. Цей матеріал може зробити ракети та літаки легшими, заощаджуючи паливо та збільшуючи вантажопідйомність. Це також може зробити електронні продукти, такі як смартфони та VR-окуляри, легшими. Те саме стосується медичних імплантів. Крім того, якщо ви поєднаєте властиві якості титану з унікальними можливостями 3D-друку, переваги збільшаться.
3D-друковані титанові деталі: тазостегнові суглоби GE Additive, лопаті вентилятора Sciaky, наконечники ракет Arcam Darker, компоненти титанової решітки 3D Systems, титанові стенти EOS, хірургічні спинальні імплантати Zenith Tecnica.
Технологія 3D-друку може зробити цей дорогий метал ефективнішим із меншим споживанням сировини та браку. Будучи технологією швидкого створення прототипів, металевий 3D-друк зазвичай використовує лише ту кількість матеріалу, яка потрібна для виготовлення деталі, і відносно невелику опорну структуру.
3D-друк також дозволяє створювати складні конструкції, такі як внутрішні канали, порожнисті або заповнені решіткою деталі, щоб зменшити вагу, що неможливо з іншими методами виробництва. Оскільки не потрібні форми чи інструменти, технологія 3D-друку з титану може економічно ефективно створювати унікальні деталі, такі як імплантати для кожного пацієнта, прототипи та дослідницькі інструменти.
3D-друкований титан має численні застосування у виробництві, охороні здоров’я, дослідженні космосу та інших галузях. Давайте розглянемо, чому титан так підходить для адитивного виробництва та його поточні застосування.
1. Застосування 3D-друку титанового сплаву
Завдяки 3D-друку можна створювати дуже тонкостінні складні титанові деталі, тому його використовують для виготовлення корпусів годинників, як-от зображені тут годинники Panerai та Holthinrichs, які, за чутками, є частиною Apple Watch Ultra.
У 2023 році виробник смартфонів Honor випустив новий складаний телефон Magic V2, який використовує надруковану на 3D-технології кришку петлі з титанового сплаву, яка легша та на 150% міцніша за попередню версію з алюмінієвого сплаву. Компанія стверджує, що цей маленький шматочок титанового металу можна надрукувати на десятках тисяч титанових металевих листів за допомогою технології 3D-друку, яка також є ключем до довговічності та плавного складання та розгортання продукту.
Медичні та стоматологічні імплантати
У медичній промисловості 3D-друковані титанові імплантати успішно використовуються в хребті, тазостегнових, колінних суглобах і суглобах кінцівок завдяки біосумісності та хорошим механічним властивостям самого металу в поєднанні з можливістю 3D-друку налаштувати пористу структуру ( Досягти остеоінтеграції ) і масове налаштування, що забезпечує кращі результати лікування пацієнтів.
Титанові імплантати, надруковані на 3D-принтері, отримують все більше дозволу та попиту. Оскільки більшість медичних імплантатів виготовляють для великої групи людей з однаковим станом, вони не підходять для всіх. Люди з рідкісними захворюваннями часто виключаються. Тепер, завдяки технології 3D-друку, можна виготовляти імплантати, розроблені спеціально для окремих пацієнтів.
У 2023 році хірург у Сполученому Королівстві провів чотири операції на зап’ясті в один день, використовуючи титанові пластини, надруковані на 3D-принтері для кожного пацієнта, щоб виправити раніше зламану деформацію зап’ястка. «Після завершення цього процесу планування, — сказав д-р Акшай Малхотра, хірург-консультант-ортопед і керівник відділу хірургії кисті й зап’ястка в університетських лікарнях Північного Мідлендсу, — виготовлені на замовлення пластини друкуються за допомогою титанового порошку, потім тестуються, відправляються до Великобританії та стерилізували в окружній лікарні під час підготовки до операції.
У 2022 році лікарі лікарні Manipal в Індії зіткнулися з хворим на рак, чия пухлина руйнувала ребра, тому вони звернулися до 3D-друкованого титану. Взагалі кажучи, імплантати такого рівня надто важкі для людського тіла, але оскільки титан легкий і міцний, можна 3D-друкувати індивідуальні заміни пацієнта вагою менше 250 грамів. Завдяки успіху 3D-друкованого імплантату пацієнт повністю одужав і повернувся до нормального життя, не покладаючись на зовнішні машини, які допомагають йому дихати.
Під час випробування операції по заміні кісток гомілковостопного суглоба з використанням надрукованих на 3D-принтері титанових кісток Talas пацієнти повідомили про позитивні результати. Заміна кістки означає, що пацієнтам не потрібна повна заміна щиколотки. Таранна кістка є дуже специфічною анатомічною особливістю пацієнта, яка потребує унікальної 3D-частини, розробленої на основі даних КТ пацієнта.
У 2023 році Управління з контролю за якістю харчових продуктів і медикаментів США схвалило велику кількість титанових імплантатів, надрукованих на 3D-вимірі, в основному для спинальних імплантатів.
Перший суцільнометалевий (титановий) 3D-друкований пристрій Restor3d для ендопротезування гомілковостопного суглоба буде схвалено у 2023 році.
Титанову титанову систему зрощення крижово-клубового суглоба Tilink-P, надруковану на 3D-друкі SurGenTec, буде схвалено у 2023 році.
3D-друкований імплантат FloSpine для підтримки хребта, система Tri-Largo Cervical Spine, має отримати схвалення FDA у 2023 році.
3D-система шийного спондилодезу Eminent Spine (3D-друкована титанова конфігурація) отримає схвалення FDA у 2023 році.
Титанова 3D-друкована цервікальна спейсерна система ChoiceSpine Blackhawk Ti отримає схвалення FDA у 2023 році.
Система зрощення крижово-клубового суглоба Siber Ti від Corelink (пористий, наноповерхневий, 3D-друкований титановий імплантат) отримає схвалення FDA у 2023 році.
велосипед
3D-друкований титан майже поширений у сучасних потужних велосипедах, де кожна унція ваги має значення, а висока міцність має вирішальне значення. Використовуваний у кривошипах, гальмівних важелях, штоках, підвісах перемикачів і навіть повних рамах, титан виявився таким же міцним, як алюміній, і таким же легким, як вуглецеве волокно, без проблем з екологічністю, властивих вуглецевому волокну.
Нещодавно виробник велосипедів Carbon Wasp детально розповів, чому він відмовляється від алюмінію та вуглецевого волокна на користь 3D-друку титану для створення своїх останніх шатунів.
Говорячи про повні рами, виробник велосипедів Angel Cycle Works каже, що він надрукував повністю титанову раму в одному легкому компоненті на 3D-принтері, що скорочує важливі секунди часу гонок і дозволяє використовувати нові геометрії дизайну. Його новий супербайк під назвою Heaven на 400 грамів легший за попередню версію. Інша рама з повністю титанового сплаву, випущена Pilot цього року, називається Pilot Seiren. Рама шосейного велосипеда повністю надрукована 3D з титану (розділена на три частини). Компанія каже, що 3D-друк на титані дозволяє налаштувати велосипед відповідно до вподобань водія, а рама не потребує фарби чи покриття.
В аерокосмічній промисловості наразі існує кілька частин для швидкого прототипування на основі титану, які використовуються в комерційних і військових цілях, і багато інших прототипів знаходяться в процесі сертифікації FAA. Титан для 3D-друку цінується за його низьке «коефіцієнт купівлі-польоту», аерокосмічний термін, який стосується співвідношення між вагою початкового матеріалу та вагою надрукованої частини.
Кілька контрактних виробників, що спеціалізуються на ринках аерокосмічної, оборонної та космічної промисловості, таких як Primus Aerospace, StarHagen Aerospace і Zeda, інвестували в 3D-принтери, здатні виробляти прототипи титанових деталей і готові деталі.
У 2023 році компанія GKN Aerospace оголосила про плани побудувати масивну камеру 3D-друку для 3D-друку титанових конструкцій літаків у рамках свого нового глобального технологічного центру в Техасі. Принтер під назвою Cell 3 може виготовляти титанові деталі довжиною п’ять метрів.
виробництво
Виробник напівпровідників ASML звернувся до 3D-друку титану з зовсім інших причин. Тепер його преформи титанових піддонів (які використовуються у виробництві пластин) друкуються на 3D, а не куються, що економить 64% сировини. І доставляється швидше. Norsk Titanium, компанія з виробництва металевих добавок, що використовує платформу спрямованого осадження енергії (DED), друкує 80 кілограмів (приблизно 176 фунтів) заготовок майже чистої форми (використовуються у виробництві напівпровідникових пластин) з Ti64.
Norsk розробив преформу з голландським партнером Hittech Group і, за словами Norsk, вона використовується в літографічних системах ASML. ASML, також розташована в Нідерландах, була однією з найбільш обговорюваних компаній у світі на тлі дефіциту мікросхем протягом останніх кількох років. Зокрема, ASML відома виробництвом єдиної в світі машини для літографії з екстремальним ультрафіолетом (EUV).
Навіть Військово-морський флот США почав використовувати 3D-друкований титан, щоб заощадити час і гроші та усунути залежність від іноземних ланцюжків постачання. Без внутрішніх можливостей для виробництва великих титанових відливок, необхідних для високопродуктивних відцентрових насосів, військово-морський флот страждав від тривалого часу виконання робіт і ланцюжка поставок, які використовували дорогу титанову сировину з високим вмістом вуглецю. Але незабаром, співпрацюючи з новими вітчизняними партнерами IperionX Company для виробництва переробленого титанового порошку та Carver Pump Company для швидкого виготовлення прототипів, ВМС зможуть значно скоротити цикл доставки ключових деталей, підвищити доступність обладнання та екологічно переробляти критично важливе для Америки будівництво. ланцюг поставок титану.
