Руководство по 3D-печати титаном

Титан является одним из наиболее часто используемых металлов в аддитивном производстве и широко используется в аэрокосмической отрасли, в инструментах для замены суставов и хирургических инструментах, гоночных и велосипедных рамах, электронике и других высокопроизводительных продуктах.
Титан и сплавы на его основе обладают высокой механической прочностью, высоким соотношением прочности к весу и лучшей коррозионной стойкостью, чем нержавеющая сталь. Этот материал может сделать ракеты и самолеты легче, экономя топливо и увеличивая грузоподъемность. Он также может сделать электронные продукты, такие как смартфоны и очки виртуальной реальности, легче. То же самое касается медицинских имплантатов. Более того, если объединить присущие титану качества с уникальными возможностями 3D-печати, преимущества умножатся.
Титановые детали, напечатанные на 3D-принтере: тазобедренные суставы GE Additive, лопасти вентилятора Sciaky, наконечники ракет Arcam Darker, компоненты титановой решетки 3D Systems, титановые стенты EOS, хирургические спинальные имплантаты Zenith Tecnica.
Технология 3D-печати может сделать этот дорогой металл более эффективным при меньшем расходе сырья и меньшем количестве отходов. В качестве технологии быстрого прототипирования 3D-печать металлом обычно использует только то количество материала, которое необходимо для изготовления детали, и относительно небольшую опорную структуру.
3D-печать также позволяет создавать сложные конструкции, такие как внутренние каналы, полые или решетчатые детали, для снижения веса, что невозможно при любом другом методе производства. Поскольку не требуется никаких форм или инструментов, технология 3D-печати титана позволяет экономически эффективно создавать уникальные детали, такие как имплантаты, прототипы и исследовательские инструменты, предназначенные для конкретного пациента.
Титан, напечатанный на 3D-принтере, находит множество применений в производстве, здравоохранении, освоении космоса и других областях. Давайте посмотрим, почему титан так подходит для аддитивного производства и его текущих применений.
1. Применение титанового сплава для 3D-печати.
С помощью 3D-печати можно создавать очень тонкостенные и сложные детали из титана, поэтому его используют для изготовления корпусов часов, таких как изображенные здесь часы Panerai и Holthinrichs, которые, по слухам, являются частью Apple Watch Ultra.
В 2023 году производитель смартфонов Honor выпустил новый складной телефон Magic V2, в котором используется шарнирная крышка из титанового сплава, напечатанная на 3D-принтере, которая легче и на 150% прочнее, чем предыдущая версия из алюминиевого сплава. Компания утверждает, что из этого небольшого кусочка металлического титана можно напечатать десятки тысяч металлических листов титана с помощью технологии 3D-печати, что также является ключом к долговечному и плавному складыванию и раскладыванию продукта.
Медицинские и зубные имплантаты

В медицинской промышленности титановые имплантаты, напечатанные на 3D-принтере, успешно используются в суставах позвоночника, бедра, колена и конечностей благодаря биосовместимости и хорошим механическим свойствам самого металла в сочетании со способностью 3D-печати настраивать пористую структуру (достижение остеоинтеграции). ) и массовая индивидуализация, тем самым обеспечивая лучшие результаты лечения для пациентов.
Титановые имплантаты, напечатанные на 3D-принтере, получают все большее одобрение регулирующих органов и спрос. Поскольку большинство медицинских имплантатов предназначены для большой группы людей с одинаковым заболеванием, они подходят не всем. Часто исключаются люди с редкими заболеваниями. Теперь, благодаря технологии 3D-печати, можно изготавливать имплантаты, разработанные специально для отдельных пациентов.
В 2023 году хирург из Соединенного Королевства провел четыре операции на запястье в один и тот же день, используя индивидуальные 3D-печатные титановые пластины для пациента, чтобы исправить ранее сломанную деформацию кости запястья. «Как только этот процесс планирования будет завершен», — сказал доктор Акшай Малхотра, хирург-консультант-ортопед и клинический руководитель отделения хирургии кисти и запястья в университетских больницах Северного Мидлендса, изготовленные на заказ пластины печатаются с использованием титанового порошка, затем тестируются, отправляются в Великобританию и отправляются в Великобританию. стерилизована в районной больнице в рамках подготовки к операции.
В 2022 году врачи больницы Манипал в Индии столкнулись с больным раком, опухоль которого разрушала его ребра, поэтому они обратились к титану, напечатанному на 3D-принтере. Вообще говоря, имплантаты такого уровня слишком тяжелы для человеческого тела, но поскольку титан легкий и прочный, можно напечатать на 3D-принтере индивидуальные замены для каждого пациента весом менее 250 граммов. Благодаря успеху имплантата, напечатанного на 3D-принтере, пациент полностью выздоровел и вернулся к своей нормальной жизни, не полагаясь на внешние машины, которые помогут ему дышать.
В исследовании операции по замене кости голеностопного сустава с использованием индивидуально напечатанных на 3D-принтере титановых костей Таласа пациенты сообщили о положительных результатах. Замена кости означает, что пациентам не требуется полная замена лодыжки. Таранная кость — это очень специфическая анатомическая особенность пациента, требующая уникальной трехмерной части, созданной на основе данных компьютерной томографии пациента.
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило в 2023 году большое количество титановых имплантатов, напечатанных на 3D-принтере, в основном это касается спинальных имплантатов.
Первое цельнометаллическое (титановое) 3D-печатное устройство Restor3d для артропластики голеностопного сустава, предназначенное для конкретного пациента, будет одобрено в 2023 году.
Задняя 3D-печатная титановая система спондилодеза Tilink-P от SurGenTec будет одобрена в 2023 году.
3D-печатный имплант FloSpine для поддержки позвоночника, система Tri-Largo Cervical Spine System, должен получить одобрение FDA в 2023 году.
3D-система межтелового спондилодеза шейного отдела позвоночника от Eminent Spine (конфигурация из титана, напечатанная на 3D-принтере) получит одобрение FDA в 2023 году.
Титановая система цервикальных спейсеров Blackhawk Ti от ChoiceSpine, напечатанная на 3D-принтере, получит одобрение FDA в 2023 году.
Система сращения крестцово-подвздошного сустава Siber Ti от Corelink (пористый титановый имплантат с наноповерхностью, напечатанный на 3D-принтере) получит одобрение FDA в 2023 году.
велосипед
Титан, напечатанный на 3D-принтере, почти распространен в современных велосипедах, где каждая унция веса имеет значение, а высокая прочность имеет решающее значение. Титан, используемый в шатунах, тормозных рычагах, выносах, подвесках переключателей и даже в полных рамах, оказался таким же прочным, как алюминий, и таким же легким, как углеродное волокно, без проблем с экологичностью, свойственных углеродному волокну.
Недавно производитель велосипедов Carbon Wasp подробно рассказал, почему он отказывается от алюминия и углеродного волокна в пользу титана, напечатанного на 3D-принтере, для создания своих новейших шатунов послепродажного обслуживания.
Говоря о полных рамах, производитель велосипедов Angel Cycle Works заявляет, что напечатал на 3D-принтере полностью титановую раму в одном легком компоненте, что сокращает время гонки на важные секунды и позволяет создавать новые геометрии конструкции. Его новый супербайк под названием Heaven на 400 грамм легче предыдущей версии. Еще одна рама из титанового сплава, выпущенная Pilot в этом году, называется Pilot Seiren. Рама шоссейного велосипеда полностью напечатана на 3D-принтере из титана (разделена на три части). Компания заявляет, что 3D-печать титана позволяет настроить велосипед в соответствии с предпочтениями гонщика, а рама не требует покраски или покрытия.
В аэрокосмической отрасли в настоящее время существует несколько деталей для быстрого прототипирования на основе титана, которые используются в коммерческих и военных целях, а многие другие прототипы находятся в процессе сертификации ФАУ. Титан для 3D-печати ценится за низкое соотношение «покупка к полету» — аэрокосмический термин, обозначающий корреляцию между весом исходного материала и весом напечатанной детали.
Несколько контрактных производителей, специализирующихся на аэрокосмической, оборонной и космической рынках, такие как Primus Aerospace, StarHagen Aerospace и Zeda, инвестировали в 3D-принтеры, способные производить прототипы и готовые детали из титана.

В 2023 году GKN Aerospace объявила о планах построить огромную ячейку 3D-печати для 3D-печати титановых авиационных конструкций в рамках своего нового глобального технологического центра в Техасе. Принтер под названием Cell 3 может изготавливать титановые детали длиной пять метров.
производство
Производитель полупроводников ASML обратился к 3D-печати титана по совершенно другим причинам. Теперь преформы титановых лотков-носителей (используемые при производстве пластин) печатаются на 3D-принтере, а не куются, что экономит 64% сырья. И доставка быстрее. Norsk Titanium, компания по аддитивному производству металлов, использующая платформу направленного осаждения энергии (DED), печатает 80 килограммов (около 176 фунтов) заготовок почти чистой формы (используемых в производстве полупроводниковых пластин) с помощью Ti64.
Norsk разработала преформу совместно с голландским партнером Hittech Group, и, по словам Norsk, она используется в литографических системах ASML. ASML, также базирующаяся в Нидерландах, была одной из самых обсуждаемых компаний в мире на фоне нехватки чипов в последние несколько лет. В частности, ASML известна производством единственной в мире машины для литографии в крайнем ультрафиолете (EUV).
Даже ВМС США начали использовать титан, напечатанный на 3D-принтере, чтобы сэкономить время и деньги и устранить зависимость от иностранных цепочек поставок. Не имея отечественных возможностей для производства крупных титановых отливок, необходимых для высокопроизводительных центробежных насосов, ВМФ страдал от длительного времени выполнения заказов и цепочки поставок, в которой использовалось дорогостоящее и углеродоемкое титановое сырье. Но вскоре, сотрудничая с новыми отечественными партнерами IperionX Company по производству переработанного титанового порошка и Carver Pump Company для быстрого производства прототипов, ВМС смогут значительно сократить цикл поставки ключевых деталей, повысить доступность оборудования и устойчиво перерабатывать критически важные для Америки здания. цепочка поставок титана.