Titanium 3D Printing Guide

Titanium er et af de mest almindeligt anvendte metaller i additiv fremstilling og er meget brugt i rumfart, lederstatning og kirurgiske værktøjer, racer- og cykelstel, elektronik og andre højtydende produkter.
Titanium og titanium-baserede legeringer tilbyder høj mekanisk styrke, højt styrke-til-vægt-forhold og bedre korrosionsbestandighed end rustfrit stål. Materialet kunne gøre raketter og fly lettere, spare brændstof og øge nyttelastkapaciteten. Det kan også gøre elektroniske produkter som smartphones og VR-briller lettere. Det samme gælder for medicinske implantater. Desuden, hvis du kombinerer titaniums iboende kvaliteter med de unikke muligheder ved 3D-print, mangedobles fordelene.
3D-printede titaniumdele: GE Additives hofteled, Sciakys blæserblade, Arcam Darkers raketspidser, 3D Systems' titaniumgitterkomponenter, EOS's titaniumstents, Zenith Tecnicas kirurgiske spinalimplantater.
3D-printteknologi kan gøre dette dyre metal mere effektivt med lavere råmaterialeforbrug og mindre skrot. Som en hurtig prototyping-teknologi bruger metal 3D-print typisk kun den mængde materiale, der er nødvendig for at fremstille delen, og relativt lidt støttestruktur.
3D-print muliggør også komplekse designs såsom interne kanaler, hule eller gitterfyldte dele for at reducere vægten, hvilket ikke er muligt med nogen anden fremstillingsmetode. Fordi der ikke kræves forme eller værktøjer, kan titanium 3D-printteknologi omkostningseffektivt skabe enestående dele såsom patientspecifikke implantater, prototyper og forskningsværktøjer.
3D-printet titanium har adskillige anvendelser inden for fremstilling, sundhedspleje, rumudforskning og andre områder. Lad os tage et kig på, hvorfor titanium er så velegnet til additiv fremstilling og dets nuværende anvendelser.
1. Anvendelse af 3D-print titanium legering
3D-print kan skabe meget tyndvæggede, indviklede titaniumdele, hvorfor det bruges til at lave urkasser, såsom Panerai og Holthinrichs urene på billedet her, som rygtes at være en del af Apple Watch Ultra.
I 2023 lancerede smartphone-producenten Honor en ny foldetelefon Magic V2, som bruger et 3D-printet hængselcover af titaniumlegering, som er lettere og 150 % stærkere end den tidligere version af aluminiumslegering. Virksomheden hævder, at dette lille stykke titaniummetal kan printes til titusindvis af titaniummetalplader gennem 3D-printteknologi, som også er nøglen til produktets langvarige og glatte foldning og udfoldning.
Medicinske og tandimplantater

I den medicinske industri er 3D-printede titaniumimplantater med succes blevet brugt i rygsøjle-, hofte-, knæ- og lemmer på grund af selve metallets biokompatibilitet og gode mekaniske egenskaber, kombineret med 3D-prints evne til at tilpasse den porøse struktur (Opnå osseointegration ) og massetilpasning, hvilket giver bedre behandlingsresultater til patienterne.
3D-printede titaniumimplantater vinder stigende regulatorisk godkendelse og efterspørgsel. Da de fleste medicinske implantater er lavet til en stor gruppe mennesker med samme tilstand, er de ikke egnede til alle. Mennesker med sjældne sygdomme er ofte udelukket. Med 3D-printteknologi er det nu muligt at producere implantater designet specifikt til individuelle patienter.
I 2023 udførte en kirurg i Det Forenede Kongerige fire håndledsoperationer på samme dag ved at bruge patientspecifikke 3D-printede titaniumplader til at korrigere en tidligere brækket håndledsknogledeformitet. "Når denne planlægningsproces er afsluttet," sagde Dr. Akshay Malhotra, konsulent ortopædkirurg og klinisk leder for hånd- og håndledskirurgi ved University Hospitals of North Midlands, bliver specialfremstillede plader trykt med titaniumpulver, derefter testet, sendt til Storbritannien og steriliseret på amtssygehuset som forberedelse til operation.
I 2022 stødte læger på Manipal Hospitaler i Indien på en kræftpatient, hvis tumor ødelagde hans ribben, så de vendte sig til 3D-printet titanium. Generelt er implantater på dette niveau for tunge til, at den menneskelige krop kan bære, men fordi titanium er let og stærkt, er det muligt at 3D-printe patientspecifikke erstatninger, der vejer mindre end 250 gram. Takket være succesen med det 3D-printede implantat kom patienten fuldt ud og vendte tilbage til sit normale liv uden at være afhængig af eksterne maskiner til at hjælpe ham med at trække vejret.
I et forsøg med ankelknogleerstatningskirurgi med patienttilpassede 3D-printede titanium Talas-knogler rapporterede patienter positive resultater. Knogleudskiftning betyder, at patienter ikke behøver en total ankeludskiftning. Talus er et meget specifikt anatomisk træk ved patienten, der kræver en unik 3D-del designet baseret på patientens CT-scanningsdata.
Den amerikanske fødevare- og lægemiddeladministration har godkendt et stort antal 3D-printede titaniumimplantater i 2023, hovedsageligt involverende spinale implantater.
Restor3ds første helt metal (titanium) 3D-printede patientspecifikke ankelarthroplastikenhed vil blive godkendt i 2023.
SurGenTecs posteriore 3D-printede titanium sacroiliac joint fusionssystem Tilink-P vil blive godkendt i 2023.
FloSpines 3D-printede implantat til støtte for rygsøjlen, Tri-Largo Cervical Spine System, skal modtage FDA-godkendelse i 2023.
Eminent Spines 3D cervikale interbody-fusionssystem (3D-printet titanium-konfiguration) vil modtage FDA-godkendelse i 2023.
ChoiceSpines titanium Blackhawk Ti 3D printede cervikale spacer-system vil modtage FDA-godkendelse i 2023.
Corelinks Siber Ti sacroiliac joint fusionssystem (porøst, nanooverflade, 3D-printet titaniumimplantat) vil modtage FDA-godkendelse i 2023.
cykel
3D-printet titanium er næsten almindeligt i nutidens præstationscykler, hvor hver ounce vægt tæller og høj styrke er afgørende. Brugt i håndsving, bremsehåndtag, frempinde, skifterophæng og endda hele rammer, har titanium vist sig at være lige så stærk som aluminium og lige så let som kulfiber uden bæredygtighedsudfordringerne fra kulfiber.
For nylig forklarede cykelproducenten Carbon Wasp, hvorfor den dropper aluminium og kulfiber til fordel for 3D-print af titanium for at skabe sine seneste eftermarkeds krankarme.
Når vi taler om hele rammer, siger cykelproducenten Angel Cycle Works, at den 3D-printede en hel-titaniumramme i en letvægtskomponent, som barberer afgørende sekunder fra løbstider og muliggør nye designgeometrier. Dens nye supercykel, kaldet Heaven, er 400 gram lettere end den tidligere version. En anden hel-titanium legering ramme lanceret af Pilot i år hedder Pilot Seiren. Landevejscyklens stel er helt 3D-printet af titanium (opdelt i tre dele). Virksomheden siger, at 3D-print af titanium gør det muligt at tilpasse cyklen til rytterens præferencer, og stellet kræver ingen maling eller belægning.
I rumfartsindustrien er der i øjeblikket adskillige titanium-baserede hurtige prototypedele til kommerciel og militær brug, og mange andre prototyper er i gang med at blive certificeret af FAA. 3D-print af titanium er værdsat for dets lave "køb-til-flyve-forhold", et rumfartsbegreb, der refererer til sammenhængen mellem udgangsmaterialets vægt og vægten af ​​den printede del.
Adskillige kontraktproducenter med speciale i luft-, forsvars- og rumfartsmarkederne, såsom Primus Aerospace, StarHagen Aerospace og Zeda, har investeret i 3D-printere, der er i stand til at producere titanium-delprototyper og endelige dele.

I 2023 annoncerede GKN Aerospace planer om at bygge en massiv 3D-printcelle til 3D-printning af titanium-flystrukturer som en del af dets nye globale teknologicenter i Texas. Printeren, kaldet Cell 3, kan lave titaniumdele fem meter lange.
fremstilling
Halvlederproducenten ASML henvendte sig til 3D-print af titanium af helt andre årsager. Nu er dens titanium-bærebakkepræforme (brugt i waferproduktion) 3D-printet i stedet for smedet, hvilket sparer 64 % af råmaterialerne. Og det bliver leveret hurtigere. Norsk Titanium, en virksomhed, der fremstiller metaladditiv, der bruger en platform for rettet energiaflejring (DED), udskriver 80 kg (ca. 176 pund) præforme i næsten netform (brugt i produktion af halvlederwafer) med Ti64.
Norsk udviklede præformen sammen med den hollandske partner Hittech Group, og ifølge Norsk bruges den i ASMLs litografisystemer. ASML, der også er baseret i Holland, har været en af ​​de mest diskuterede virksomheder i verden midt i chipmanglen i de seneste par år. Konkret er ASML kendt for at producere verdens eneste ekstreme ultraviolette (EUV) litografimaskine.
Selv den amerikanske flåde er begyndt at anvende 3D-printet titanium for at spare tid og penge og eliminere afhængigheden af ​​udenlandske forsyningskæder. Uden indenlandske kapaciteter til at fremstille de store titaniumstøbegods, der er nødvendige til højtydende centrifugalpumper, led flåden under lange gennemløbstider og en forsyningskæde, der brugte høje omkostninger, kulstofintensive titaniumråmaterialer. Men snart, ved at samarbejde med de nye indenlandske partnere IperionX Company om at producere genanvendt titaniumpulver og Carver Pump Company til hurtig prototypefremstilling, vil flåden være i stand til væsentligt at forkorte leveringscyklussen af ​​nøgledele, forbedre tilgængeligheden af ​​udstyr og bæredygtigt genbruge Building Americas kritiske titanium forsyningskæde.