Ръководство за 3D печат на титан

Титанът е един от най-често използваните метали в адитивното производство и се използва широко в аерокосмическата промишленост, за смяна на стави и хирургически инструменти, рамки за състезания и велосипеди, електроника и други продукти с висока производителност.
Титанът и сплавите на основата на титан предлагат висока механична якост, високо съотношение на якост към тегло и по-добра устойчивост на корозия от неръждаемата стомана. Материалът може да направи ракетите и самолетите по-леки, спестявайки гориво и увеличавайки капацитета на полезен товар. Освен това може да направи електронни продукти като смартфони и VR очила по-леки. Същото важи и за медицинските импланти. Освен това, ако комбинирате присъщите качества на титана с уникалните възможности на 3D принтирането, предимствата се умножават.
3D отпечатани титанови части: тазобедрените стави на GE Additive, лопатките на вентилатора на Sciaky, накрайниците на ракетите на Arcam Darker, компонентите на титаниевата решетка на 3D Systems, титаниевите стентове на EOS, хирургическите гръбначни импланти на Zenith Tecnica.
Технологията за 3D печат може да направи този скъп метал по-ефективен с по-ниска консумация на суровини и по-малко скрап. Като технология за бързо създаване на прототипи, металният 3D печат обикновено използва само количеството материал, необходимо за направата на детайла, и сравнително малко поддържаща структура.
3D печатът също така позволява сложни дизайни като вътрешни канали, кухи или решетъчно запълнени части за намаляване на теглото, което не е възможно с никой друг метод на производство. Тъй като не са необходими форми или инструменти, технологията за 3D печат на титан може да създаде рентабилно единствени по рода си части като специфични за пациента импланти, прототипи и изследователски инструменти.
3D отпечатаният титан има множество приложения в производството, здравеопазването, изследването на космоса и други области. Нека да разгледаме защо титанът е толкова подходящ за адитивно производство и сегашните му приложения.
1. Приложение на 3D печат титаниева сплав
3D печатът може да създаде много тънкостенни, сложни титанови части, поради което се използва за направата на кутии за часовници, като например часовниците Panerai и Holthinrichs, показани тук, за които се говори, че са част от Apple Watch Ultra.
През 2023 г. производителят на смартфони Honor пусна нов сгъваем телефон Magic V2, който използва 3D отпечатан капак на пантата от титаниева сплав, който е по-лек и 150% по-здрав от предишната версия от алуминиева сплав. Компанията твърди, че това малко парче титанов метал може да бъде отпечатано в десетки хиляди титаниеви метални листове чрез технология за 3D печат, което също е ключът към дълготрайното и гладко сгъване и разгъване на продукта.
Медицински и зъбни импланти

В медицинската индустрия 3D отпечатаните титаниеви импланти се използват успешно в ставите на гръбначния стълб, тазобедрената става, коляното и крайниците поради биосъвместимостта и добрите механични свойства на самия метал, съчетани със способността на 3D принтирането да персонализира порестата структура ( Постигане на остеоинтеграция ) и масово персонализиране, като по този начин осигурява по-добри резултати от лечението на пациентите.
3D отпечатаните титаниеви импланти получават все по-голямо регулаторно одобрение и търсене. Тъй като повечето медицински импланти са направени за голяма група хора с едно и също състояние, те не са подходящи за всеки. Хората с редки заболявания често са изключени. Сега, с технологията за 3D печат, е възможно да се произвеждат импланти, проектирани специално за отделни пациенти.
През 2023 г. хирург в Обединеното кралство извърши четири операции на китката в един и същи ден, използвайки специфични за пациента 3D отпечатани титанови пластини, за да коригира счупена преди това деформация на костта на китката. „След като този процес на планиране приключи“, каза д-р Акшай Малхотра, консултант ортопедичен хирург и клиничен ръководител за хирургия на ръцете и китките в университетските болници на Северен Мидландс, направените по поръчка плочи се отпечатват с помощта на титанов прах, след това се тестват, изпращат до Обединеното кралство и стерилизирани в окръжната болница в подготовка за операция.
През 2022 г. лекарите от болниците Manipal в Индия се натъкнаха на пациент с рак, чийто тумор разрушаваше ребрата му, така че те се обърнаха към 3D отпечатан титан. Най-общо казано, имплантите от това ниво са твърде тежки, за да ги понесе човешкото тяло, но тъй като титанът е лек и здрав, е възможно да се отпечатат 3D специфични за пациента заместители с тегло под 250 грама. Благодарение на успеха на 3D отпечатания имплант, пациентът се възстанови напълно и се върна към нормалния си живот, без да разчита на външни машини, които да му помогнат да диша.
При изпитване на хирургия за заместване на кост на глезена с използване на персонализирани за пациента 3D-отпечатани титанови кости на Talas, пациентите съобщават за положителни резултати. Подмяната на кост означава, че пациентите не се нуждаят от пълна подмяна на глезена. Талусът е много специфична анатомична характеристика на пациента, изискваща уникална 3D част, проектирана въз основа на данните от CT сканирането на пациента.
Американската администрация по храните и лекарствата одобри голям брой 3D отпечатани титанови импланти през 2023 г., включващи главно гръбначни импланти.
Първото изцяло метално (титаново) 3D отпечатано устройство за ендопротезиране на глезена на Restor3d, специално за пациента, ще бъде одобрено през 2023 г.
Задната 3D отпечатана титаниева система за сливане на сакроилиачна става на SurGenTec Tilink-P ще бъде одобрена през 2023 г.
3D отпечатаният имплант на FloSpine за поддържане на гръбначния стълб, Tri-Largo Cervical Spine System, трябва да получи одобрение от FDA през 2023 г.
Системата за 3D цервикална междукорпусна фузия на Eminent Spine (3D отпечатана конфигурация от титан) ще получи одобрение от FDA през 2023 г.
Титаниевата 3D отпечатана цервикална дистанционна система Blackhawk Ti на ChoiceSpine ще получи одобрение от FDA през 2023 г.
Системата за сливане на сакроилиачна става Siber Ti на Corelink (пореста, наноповърхност, 3D отпечатан титанов имплант) ще получи одобрение от FDA през 2023 г.
велосипед
3D отпечатаният титан е почти често срещан в днешните мощни велосипеди, където всяка унция тегло е от значение и високата здравина е от решаващо значение. Използван в манивели, спирачни лостове, стебла, закачалки на дерайльори и дори пълни рамки, титанът се е доказал като здрав като алуминий и лек като въглеродни влакна без предизвикателствата на устойчивостта на въглеродните влакна.
Наскоро производителят на велосипеди Carbon Wasp подробно обясни защо се отказва от алуминия и въглеродните влакна в полза на 3D отпечатването на титан, за да създаде най-новите си манивели за резервни части.
Говорейки за пълни рамки, производителят на велосипеди Angel Cycle Works казва, че е отпечатал 3D изцяло титаниева рамка в един лек компонент, който намалява критичните секунди от времената за състезания и позволява нови геометрии на дизайна. Новият му супербайк, наречен Heaven, е с 400 грама по-лек от предишната версия. Друга рамка от изцяло титаниева сплав, пусната от Pilot тази година, се нарича Pilot Seiren. Рамката на шосейния велосипед е изцяло 3D отпечатана от титан (разделена на три части). Компанията казва, че 3D печатът на титан й позволява да персонализира велосипеда според предпочитанията на водача, а рамката не изисква боя или покритие.
В космическата индустрия в момента има няколко базирани на титан части за бързо прототипиране в търговска и военна употреба, а много други прототипи са в процес на сертифициране от FAA. Титанът за 3D печат е ценен заради ниското си „съотношение купуване към полет“, аерокосмически термин, който се отнася до корелацията между теглото на изходния материал и теглото на отпечатаната част.
Няколко договорни производители, специализирани в аерокосмическия, отбранителния и космическия пазар, като Primus Aerospace, StarHagen Aerospace и Zeda, са инвестирали в 3D принтери, способни да произвеждат прототипи на титанови части и крайни части.

През 2023 г. GKN Aerospace обяви планове за изграждане на масивна клетка за 3D печат за 3D печат на титанови самолетни конструкции като част от своя нов глобален технологичен център в Тексас. Принтерът, наречен Cell 3, може да прави части от титан с дължина пет метра.
производство
Производителят на полупроводници ASML се обърна към 3D печат на титан по напълно различни причини. Сега неговите заготовки от титаниеви носители (използвани в производството на вафли) са 3D отпечатани, а не ковани, което спестява 64% от суровините. И се доставя по-бързо. Norsk Titanium, компания за производство на метални добавки, използваща платформа за насочено отлагане на енергия (DED), отпечатва 80 килограма (около 176 паунда) заготовки с почти мрежова форма (използвани в производството на полупроводникови пластини) с Ti64.
Norsk разработи преформата с холандския партньор Hittech Group и според Norsk тя се използва в литографските системи на ASML. ASML, също базирана в Холандия, е една от най-обсъжданите компании в света на фона на недостига на чипове през последните няколко години. По-конкретно, ASML е известна с производството на единствената в света машина за екстремна ултравиолетова (EUV) литография.
Дори американският флот започна да използва 3D отпечатан титан, за да спести време и пари и да премахне зависимостта от чуждестранни вериги за доставки. Без вътрешни възможности за производство на големите титанови отливки, необходими за високопроизводителни центробежни помпи, Военноморските сили страдаха от дълги срокове за изпълнение и верига за доставки, която използваше скъпи, въглеродно-интензивни титанови суровини. Но скоро, чрез сътрудничество с нови местни партньори IperionX Company за производство на рециклиран титанов прах и Carver Pump Company за бързо производство на прототипи, Военноморските сили ще могат значително да съкратят цикъла на доставка на ключови части, да подобрят наличността на оборудването и устойчиво да рециклират Изграждане на критичните за Америка верига за доставка на титан.