Titanium 3D-utskriftsguide

Titan är en av de mest använda metallerna i additiv tillverkning och används i stor utsträckning inom flyg-, ledersättnings- och kirurgiska verktyg, racing- och cykelramar, elektronik och andra högpresterande produkter.
Titan och titanbaserade legeringar erbjuder hög mekanisk hållfasthet, hög hållfasthet i förhållande till vikt och bättre korrosionsbeständighet än rostfritt stål. Materialet kan göra raketer och flygplan lättare, spara bränsle och öka nyttolastkapaciteten. Det kan också göra elektroniska produkter som smartphones och VR-glasögon lättare. Detsamma gäller medicinska implantat. Om du dessutom kombinerar de inneboende egenskaperna hos titan med de unika egenskaperna hos 3D-utskrift, mångdubblas fördelarna.
3D-printade titandelar: GE Additives höftleder, Sciakys fläktblad, Arcam Darkers raketspetsar, 3D Systems titangitterkomponenter, EOS titanstentar, Zenith Tecnicas kirurgiska ryggmärgsimplantat.
3D-utskriftsteknik kan göra denna dyra metall mer effektivt med lägre råmaterialförbrukning och mindre skrot. Som en snabb prototypteknik använder metall 3D-utskrift vanligtvis bara den mängd material som behövs för att tillverka delen, och relativt lite stödstruktur.
3D-utskrift möjliggör också komplexa konstruktioner som inre kanaler, ihåliga eller gallerfyllda delar för att minska vikten, vilket inte är möjligt med någon annan tillverkningsmetod. Eftersom inga formar eller verktyg krävs, kan titan 3D-utskriftsteknik kostnadseffektivt skapa unika delar som patientspecifika implantat, prototyper och forskningsverktyg.
3D-tryckt titan har många tillämpningar inom tillverkning, sjukvård, rymdutforskning och andra områden. Låt oss ta en titt på varför titan är så passande för additiv tillverkning och dess nuvarande tillämpningar.
1. Applicering av 3D-utskrift titanlegering
3D-utskrift kan skapa mycket tunnväggiga, intrikata titandelar, vilket är anledningen till att det används för att göra klockfodral, som Panerai och Holthinrichs klockor på bilden här, som ryktas vara en del av Apple Watch Ultra.
2023 lanserade smartphonetillverkaren Honor en ny hopfällbar telefon Magic V2, som använder ett 3D-tryckt gångjärnsskydd i titanlegering, som är lättare och 150 % starkare än den tidigare versionen av aluminiumlegering. Företaget hävdar att denna lilla bit av titanmetall kan skrivas ut till tiotusentals titanmetallplåtar genom 3D-utskriftsteknik, vilket också är nyckeln till produktens långvariga och smidiga vikning och utvikning.
Medicinska och tandimplantat

Inom den medicinska industrin har 3D-tryckta titanimplantat framgångsrikt använts i rygg-, höft-, knä- och lemleder på grund av metallens biokompatibilitet och goda mekaniska egenskaper, i kombination med 3D-utskrifts förmåga att anpassa den porösa strukturen ( Uppnå osseointegration ) och massanpassning, vilket ger bättre behandlingsresultat till patienterna.
3D-tryckta titanimplantat får ökande myndighetsgodkännande och efterfrågan. Eftersom de flesta medicinska implantat är gjorda för en stor grupp människor med samma tillstånd, är de inte lämpliga för alla. Personer med sällsynta sjukdomar är ofta uteslutna. Nu, med 3D-utskriftsteknik, är det möjligt att producera implantat designade specifikt för enskilda patienter.
År 2023 utförde en kirurg i Storbritannien fyra handledsoperationer samma dag, med patientspecifika 3D-tryckta titanplattor för att korrigera en tidigare bruten handledsbensdeformitet. "När denna planeringsprocess är slutförd", säger Dr Akshay Malhotra, konsult ortopedisk kirurg och klinisk ledare för hand- och handledskirurgi vid University Hospitals of North Midlands, skräddarsydda plattor trycks med titanpulver, testas sedan, skickas till Storbritannien och steriliserad på länssjukhuset som förberedelse för operation.
År 2022 mötte läkare vid Manipal Hospitals i Indien en cancerpatient vars tumör förstörde hans revben, så de vände sig till 3D-tryckt titan. Generellt sett är implantat av denna nivå för tunga för människokroppen att bära, men eftersom titan är lätt och starkt är det möjligt att 3D-printa patientspecifika ersättningar som väger mindre än 250 gram. Tack vare framgången med det 3D-printade implantatet återhämtade sig patienten helt och återvände till sitt normala liv utan att förlita sig på externa maskiner för att hjälpa honom att andas.
I ett försök med ankelbensersättningskirurgi med patientanpassade 3D-tryckta titan Talas-ben rapporterade patienter positiva resultat. Benersättning innebär att patienter inte behöver en total fotledsersättning. Talus är en mycket specifik anatomisk egenskap hos patienten, som kräver en unik 3D-del designad baserat på patientens CT-skanningsdata.
US Food and Drug Administration har godkänt ett stort antal 3D-tryckta titanimplantat 2023, huvudsakligen involverade spinalimplantat.
Restor3d:s första 3D-printade helt metall (titan) patientspecifika produkt för fotledsplastik kommer att godkännas 2023.
SurGenTecs bakre 3D-printade sacroiliac-ledfusionssystem i titan Tilink-P kommer att godkännas 2023.
FloSpines 3D-printade implantat för att stödja ryggraden, Tri-Largo Cervical Spine System, kommer att få FDA-godkännande 2023.
Eminent Spines 3D-cervikala interkroppsfusionssystem (3D-tryckt titankonfiguration) kommer att få FDA-godkännande 2023.
ChoiceSpines titan Blackhawk Ti 3D-tryckta cervikala distanssystem kommer att få FDA-godkännande 2023.
Corelinks Siber Ti sacroiliac joint fusion-system (poröst, nanoytor, 3D-tryckt titaniumimplantat) kommer att få FDA-godkännande 2023.
cykel
3D-tryckt titan är nästan vanligt i dagens prestandacyklar, där varje uns vikt räknas och hög styrka är avgörande. Titan har visat sig vara lika starkt som aluminium och lika lätt som kolfiber utan hållbarhetsutmaningarna med kolfiber, som används i vevar, bromsspakar, skaft, växelhängare och till och med fulla ramar.
Nyligen berättade cykeltillverkaren Carbon Wasp varför den avskaffar aluminium och kolfiber till förmån för 3D-utskrift av titan för att skapa sina senaste eftermarknadsvevarmar.
På tal om fulla ramar, säger cykeltillverkaren Angel Cycle Works att den 3D-printade en ram helt i titan i en lätt komponent, som rakar bort avgörande sekunder från tävlingstider och möjliggör nya designgeometrier. Dess nya superbike, kallad Heaven, är 400 gram lättare än den tidigare versionen. En annan ram helt i titanlegering som lanserades av Pilot i år heter Pilot Seiren. Landvägscykelns ram är helt 3D-printad av titan (uppdelad i tre delar). Företaget säger att 3D-utskrift av titan gör att den kan anpassa cykeln efter förarens preferenser, och ramen kräver ingen färg eller beläggning.
Inom flygindustrin finns det för närvarande flera titanbaserade snabbprototypdelar i kommersiell och militär användning, och många andra prototyper håller på att certifieras av FAA. 3D-utskrift av titan är prissatt för sitt låga "köp-till-flyg-förhållande", en flygterm som hänvisar till korrelationen mellan utgångsmaterialets vikt och vikten av den utskrivna delen.
Flera kontraktstillverkare specialiserade på flyg-, försvars- och rymdmarknaderna, såsom Primus Aerospace, StarHagen Aerospace och Zeda, har investerat i 3D-skrivare som kan producera prototyper av titandelar och slutliga delar.

År 2023 tillkännagav GKN Aerospace planer på att bygga en massiv 3D-utskriftscell för 3D-utskrift av titanflygplansstrukturer som en del av sitt nya globala teknologicenter i Texas. Skrivaren, kallad Cell 3, kan göra titandelar fem meter långa.
tillverkning
Halvledartillverkaren ASML vände sig till 3D-utskrift av titan av helt andra skäl. Nu är dess titanförformar (används i waferproduktion) 3D-utskrivna snarare än smidda, vilket sparar 64 % av råvarorna. Och det levereras snabbare. Norsk Titanium, ett företag som tillverkar metalltillsatser som använder en plattform för riktad energideposition (DED), trycker 80 kilogram (cirka 176 pund) av nästan-nätformade preforms (används i produktion av halvledarwafer) med Ti64.
Norsk utvecklade förformen tillsammans med den holländska partnern Hittech Group och, enligt Norsk, används den i ASML:s litografisystem. ASML, också baserat i Nederländerna, har varit ett av de mest diskuterade företagen i världen mitt i chipbristen de senaste åren. Specifikt är ASML känt för att tillverka världens enda extrema ultravioletta (EUV) litografimaskin.
Även den amerikanska flottan har börjat använda 3D-tryckt titan för att spara tid och pengar och eliminera beroendet av utländska leveranskedjor. Utan inhemsk kapacitet att tillverka de stora titangjutgods som behövs för högpresterande centrifugalpumpar, led marinen av långa ledtider och en försörjningskedja som använde högkostnadskolintensiva titanråvaror. Men snart, genom att samarbeta med nya inhemska partners IperionX Company för att producera återvunnet titanpulver och Carver Pump Company för snabb prototyptillverkning, kommer marinen att avsevärt kunna förkorta leveranscykeln för nyckeldelar, förbättra utrustningens tillgänglighet och på ett hållbart sätt återvinna Building Americas kritiska titan leveranskedja.