Titaanist 3D-printimise juhend
Titaan on lisaainete tootmises üks enim kasutatavaid metalle ning seda kasutatakse laialdaselt kosmosetööstuses, liigeste asendamises ja kirurgilistes tööriistades, võidusõidu- ja jalgrattaraamides, elektroonikas ja muudes suure jõudlusega toodetes.
Titaan ja titaanil põhinevad sulamid pakuvad kõrget mehaanilist tugevust, kõrget tugevuse ja kaalu suhet ning paremat korrosioonikindlust kui roostevaba teras. Materjal võib muuta raketid ja lennukid kergemaks, säästes kütust ja suurendades kandevõimet. Samuti saab see kergemaks muuta elektroonikatooted, nagu nutitelefonid ja VR-prillid. Sama kehtib ka meditsiiniliste implantaatide kohta. Veelgi enam, kui kombineerite titaani loomupärased omadused 3D-printimise ainulaadsete võimalustega, on eelised mitmekordsed.
3D-prinditud titaanist osad: GE Additive'i puusaliigesed, Sciaky ventilaatori labad, Arcam Darkeri raketiotsad, 3D Systemsi titaanvõre komponendid, EOS-i titaanstendid, Zenith Tecnica kirurgilised seljaajuimplantaadid.
3D-printimise tehnoloogia suudab seda kallist metalli väiksema toorainekulu ja vähema vanarauaga efektiivsemaks muuta. Kiirprototüüpide valmistamise tehnoloogiana kasutab metallist 3D-printimine tavaliselt ainult detaili valmistamiseks vajaliku koguse materjali ja suhteliselt vähe tugistruktuuri.
3D-printimine võimaldab kaalu vähendamiseks kasutada ka keerulisi kujundusi, nagu sisekanalid, õõnsad või võrega täidetud osad, mis pole võimalik ühegi teise tootmismeetodiga. Kuna vorme ega tööriistu pole vaja, saab titaanist 3D-printimise tehnoloogia kulutõhusalt luua ainulaadseid osi, nagu patsiendipõhised implantaadid, prototüübid ja uurimistööriistad.
3D-prinditud titaanil on palju rakendusi tootmises, tervishoius, kosmoseuuringutes ja muudes valdkondades. Vaatame, miks titaan on nii sobiv lisandite tootmiseks ja selle praegusteks rakendusteks.
1. 3D-printimise titaanisulami pealekandmine
3D-printimisega saab luua väga õhukeseseinalisi keerulisi titaanosi, mistõttu valmistatakse sellest kellakorpusi, näiteks siin pildil olevaid Panerai ja Holthinrichsi kellasid, mis kuulujuttude järgi kuuluvad Apple Watch Ultrasse.
2023. aastal tõi nutitelefonide tootja Honor turule uue kokkupandava telefoni Magic V2, mis kasutab 3D-prinditud titaanisulamist hingekatet, mis on eelmisest alumiiniumisulamist versioonist kergem ja 150% tugevam. Ettevõte väidab, et selle väikese titaanmetalli tüki saab 3D-printimise tehnoloogia abil printida kümneteks tuhandeteks titaanmetallist lehtedeks, mis on ühtlasi toote pikaajalise ja sujuva voltimise ja lahtivoltimise võti.
Meditsiinilised ja hambaravi implantaadid
Meditsiinitööstuses on 3D-prinditud titaanimplantaate edukalt kasutatud lülisamba-, puusa-, põlve- ja jäsemete liigestes tänu metalli enda biosobivusele ja headele mehaanilistele omadustele ning 3D-printimise võimele kohandada poorset struktuuri ( Saavutada osseointegratsioon ) ja massiline kohandamine, tuues seeläbi patsientidele paremaid ravitulemusi.
3D-prinditud titaanimplantaadid koguvad üha suuremat regulatiivset heakskiitu ja nõudlust. Kuna enamik meditsiinilisi implantaate valmistatakse suurele rühmale sama haigusseisundiga inimestest, ei sobi need kõigile. Haruldaste haigustega inimesed on sageli välja jäetud. Nüüd on 3D-printimise tehnoloogiaga võimalik toota spetsiaalselt üksikutele patsientidele mõeldud implantaate.
2023. aastal tegi Ühendkuningriigi kirurg samal päeval neli randmeoperatsiooni, kasutades patsiendile spetsiaalseid 3D-prinditud titaanplaate, et korrigeerida varem purunenud randmeluu deformatsiooni. "Kui see planeerimisprotsess on lõpule viidud," ütles dr Akshay Malhotra, Põhja-Midlandsi ülikoolihaiglate ortopeedilise kirurgi konsultant ja käe- ja randmekirurgia kliiniline juht, eritellimusel valmistatud plaadid prinditakse titaanipulbriga, seejärel testitakse, saadetakse Ühendkuningriiki ja steriliseeriti maakonnahaiglas operatsiooniks valmistudes.
2022. aastal kohtasid India Manipali haiglate arstid vähihaiget, kelle kasvaja hävitas tema ribisid, mistõttu nad pöördusid 3D-prinditud titaani poole. Üldiselt võib öelda, et sellisel tasemel implantaadid on inimkeha jaoks liiga rasked, kuid kuna titaan on kerge ja tugev, on võimalik 3D-printida patsiendipõhiseid asendusi, mis kaaluvad alla 250 grammi. Tänu 3D-prinditud implantaadi edule paranes patsient täielikult ja naasis tavaellu, ilma et oleks lootnud välistele masinatele, mis aitaksid tal hingata.
Hüppeliigese luu asendusoperatsiooni katses, kus kasutati patsiendile kohandatud 3D-prinditud titaanist Talase luid, teatasid patsiendid positiivsetest tulemustest. Luu asendamine tähendab, et patsiendid ei vaja täielikku hüppeliigese asendamist. Talus on patsiendi väga spetsiifiline anatoomiline tunnus, mis nõuab ainulaadset 3D-osa, mis on kujundatud patsiendi CT-skaneerimise andmete põhjal.
USA toidu- ja ravimiamet on 2023. aastal heaks kiitnud suure hulga 3D-prinditud titaanimplantaate, mis hõlmavad peamiselt seljaaju implantaate.
Restor3d esimene täismetallist (titaanist) 3D prinditud pahkluu artroplastika patsiendipõhine seade kiidetakse heaks 2023. aastal.
SurGenTeci tagumine 3D-prinditud titaanist ristluuliigese liitmissüsteem Tilink-P kiidetakse heaks 2023. aastal.
FloSpine'i 3D-prinditud implantaat selgroo toetamiseks, Tri-Largo emakakaela lülisambasüsteem, peaks saama FDA heakskiidu 2023. aastal.
Eminent Spine'i 3D emakakaela kehadevaheline liitsüsteem (3D prinditud titaani konfiguratsioon) saab FDA heakskiidu 2023. aastal.
ChoiceSpine'i titaanist Blackhawk Ti 3D-prinditud emakakaela vahetükkide süsteem saab FDA heakskiidu 2023. aastal.
Corelinki Siber Ti ristluu-niudeliigese liitmissüsteem (poorne, nanopind, 3D-prinditud titaanimplantaat) saab FDA heakskiidu 2023. aastal.
jalgratas
3D-prinditud titaan on tänapäevaste jõudlusrataste puhul peaaegu tavaline, kus iga unts kaal loeb ja suur tugevus on ülioluline. Vändades, pidurihoobades, varrastes, käiguvahetajate riputites ja isegi täisraamides kasutatav titaan on osutunud sama tugevaks kui alumiinium ja kergeks nagu süsinikkiud ilma süsinikkiust tulenevate jätkusuutlikkuse väljakutseteta.
Hiljuti selgitas jalgrattatootja Carbon Wasp, miks ta loobub alumiiniumist ja süsinikkiust titaani 3D-printimise kasuks, et luua oma uusimad järelturu vändad.
Täisraamidest rääkides ütleb rattatootja Angel Cycle Works, et 3D-printeris titaanist raami ühes kerges komponendis, mis vähendab võistlusaegadest olulisi sekundeid ja võimaldab uue disaini geomeetriat. Selle uus superbike nimega Heaven on eelmisest versioonist 400 grammi kergem. Teine täielikult titaanisulamist raam, mille Pilot sel aastal turule tõi, kannab nime Pilot Seiren. Maanteeratta raam on täielikult 3D-prinditud titaanist (jagatud kolmeks osaks). Ettevõte ütleb, et titaanist 3D-printimine võimaldab tal kohandada jalgratast vastavalt sõitja eelistustele ja raam ei vaja värvi ega katmist.
Lennundustööstuses on praegu kaubanduses ja sõjalises kasutuses mitu titaanipõhist kiirprototüüpide valmistamise osa ning paljud teised prototüübid on FAA poolt sertifitseerimisel. 3D-printimise titaan on hinnatud selle madala ostu-lennu suhte tõttu, mis on kosmosetermin, mis viitab korrelatsioonile lähtematerjali kaalu ja prinditava osa massi vahel.
Mitmed lennundus-, kaitse- ja kosmoseturgudele spetsialiseerunud lepingutootjad, nagu Primus Aerospace, StarHagen Aerospace ja Zeda, on investeerinud 3D-printeritesse, mis on võimelised tootma titaanist osade prototüüpe ja lõpposi.
2023. aastal teatas GKN Aerospace plaanist ehitada Texases asuva uue ülemaailmse tehnoloogiakeskuse osana massiivne 3D-printimiselement titaanist lennukikonstruktsioonide 3D-printimiseks. Printer nimega Cell 3 suudab valmistada viie meetri pikkusi titaanosi.
tootmine
Pooljuhtide tootja ASML pöördus titaani 3D-printimise poole täiesti erinevatel põhjustel. Nüüd on selle titaanist kandealuse eelvormid (kasutatakse vahvlite tootmisel) pigem 3D-prinditud kui sepistatud, mis säästab 64% toorainest. Ja see toimetatakse kohale kiiremini. Norsk Titanium, metallilisandite tootmisettevõte, mis kasutab suunatud energiasadestamise (DED) platvormi, prindib Ti64-ga 80 kilogrammi (umbes 176 naela) peaaegu võrgukujulisi eelvorme (kasutatakse pooljuhtplaatide tootmisel).
Norsk töötas tooriku välja koos Hollandi partneri Hittech Groupiga ja Norski sõnul kasutatakse seda ASML-i litograafiasüsteemides. ASML, mis asub samuti Hollandis, on viimastel aastatel olnud kiibipuuduse tõttu maailmas üks enim arutatud ettevõtteid. Täpsemalt on ASML tuntud selle poolest, et toodab maailmas ainsa äärmusliku ultraviolettkiirguse (EUV) litograafiamasinat.
Isegi USA merevägi on hakanud 3D-prinditud titaani kasutusele võtma, et säästa aega ja raha ning kõrvaldada sõltuvus välismaistest tarneahelatest. Ilma kodumaiste võimeteta suure jõudlusega tsentrifugaalpumpade jaoks vajalike suurte titaanvalandite tootmiseks kannatas merevägi pikkade teostusaegade ja tarneahela tõttu, mis kasutas kalleid süsinikumahukaid titaani tooraineid. Kuid peagi, tehes koostööd uute kodumaiste partneritega IperionX Company, et toota ringlussevõetud titaanipulbrit ja Carver Pump Company kiireks prototüüpide tootmiseks, suudab merevägi märkimisväärselt lühendada võtmeosade tarnetsüklit, parandada seadmete saadavust ja jätkusuutlikult taaskasutada Ameerika ehitamisel kriitilist. titaani tarneahel.
