Titanium 3D-printgids

Titanium is een van de meest gebruikte metalen bij additieve productie en wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, gewrichtsvervanging en chirurgische instrumenten, race- en fietsframes, elektronica en andere hoogwaardige producten.
Titanium en legeringen op titaniumbasis bieden een hoge mechanische sterkte, een hoge sterkte-gewichtsverhouding en een betere corrosieweerstand dan roestvrij staal. Het materiaal zou raketten en vliegtuigen lichter kunnen maken, waardoor brandstof wordt bespaard en het laadvermogen toeneemt. Ook elektronische producten zoals smartphones en VR-brillen kunnen er lichter mee worden gemaakt. Hetzelfde geldt voor medische implantaten. Als je bovendien de inherente kwaliteiten van titanium combineert met de unieke mogelijkheden van 3D-printen, worden de voordelen vermenigvuldigd.
3D-geprinte titanium onderdelen: de heupgewrichten van GE Additive, de ventilatorbladen van Sciaky, de raketpunten van Arcam Darker, de titanium roostercomponenten van 3D Systems, de titanium stents van EOS, de chirurgische wervelkolomimplantaten van Zenith Tecnica.
3D-printtechnologie kan dit dure metaal efficiënter maken met een lager grondstoffenverbruik en minder schroot. Als rapid prototyping-technologie gebruikt 3D-printen met metaal doorgaans alleen de hoeveelheid materiaal die nodig is om het onderdeel te maken, en relatief weinig ondersteunende structuur.
3D-printen maakt ook complexe ontwerpen mogelijk, zoals interne kanalen, holle of met roosters gevulde onderdelen om het gewicht te verminderen, wat met geen enkele andere productiemethode mogelijk is. Omdat er geen mallen of gereedschappen nodig zijn, kan de 3D-printtechnologie van titanium op kosteneffectieve wijze unieke onderdelen creëren, zoals patiëntspecifieke implantaten, prototypes en onderzoeksinstrumenten.
3D-geprint titanium heeft talloze toepassingen in de productie, gezondheidszorg, ruimteverkenning en andere gebieden. Laten we eens kijken waarom titanium zo geschikt is voor additieve productie en de huidige toepassingen ervan.
1. Toepassing van 3D-geprinte titaniumlegering
Met 3D-printen kunnen zeer dunwandige, ingewikkelde titaniumonderdelen worden gemaakt. Daarom wordt het gebruikt om horlogekasten te maken, zoals de hier afgebeelde Panerai- en Holthinrichs-horloges, waarvan wordt gezegd dat ze deel uitmaken van de Apple Watch Ultra.
In 2023 lanceerde smartphonefabrikant Honor een nieuwe opvouwbare telefoon Magic V2, die gebruik maakt van een 3D-geprinte scharnierkap van titaniumlegering, die lichter en 150% sterker is dan de vorige versie van aluminiumlegering. Het bedrijf beweert dat dit kleine stukje titaniummetaal kan worden geprint in tienduizenden titaniummetaalplaten via 3D-printtechnologie, wat ook de sleutel is tot het langdurige en soepele vouwen en ontvouwen van het product.
Medische en tandheelkundige implantaten

In de medische industrie worden 3D-geprinte titaniumimplantaten met succes gebruikt in wervelkolom-, heup-, knie- en ledemaatgewrichten vanwege de biocompatibiliteit en goede mechanische eigenschappen van het metaal zelf, gekoppeld aan het vermogen van 3D-printen om de poreuze structuur aan te passen (Bereik osseo-integratie ) en massaaanpassing, waardoor patiënten betere behandelresultaten krijgen.
3D-geprinte titaniumimplantaten krijgen steeds meer goedkeuring en vraag van de regelgevende instanties. Omdat de meeste medische implantaten voor een grote groep mensen met dezelfde aandoening worden gemaakt, zijn ze niet voor iedereen geschikt. Mensen met zeldzame ziekten worden vaak uitgesloten. Met 3D-printtechnologie is het nu mogelijk om implantaten te produceren die specifiek voor individuele patiënten zijn ontworpen.
In 2023 voerde een chirurg in het Verenigd Koninkrijk op dezelfde dag vier polsoperaties uit, waarbij hij patiëntspecifieke 3D-geprinte titaniumplaten gebruikte om een ​​eerder gebroken polsbotmisvorming te corrigeren. "Zodra dit planningsproces is voltooid", zegt dr. Akshay Malhotra, orthopedisch chirurg en klinische leider voor hand- en polschirurgie bij de universitaire ziekenhuizen van North Midlands, worden op maat gemaakte platen bedrukt met titaniumpoeder, vervolgens getest, verzonden naar het Verenigd Koninkrijk en gesteriliseerd in het provinciale ziekenhuis ter voorbereiding op een operatie.
In 2022 kwamen artsen van de Manipal-ziekenhuizen in India een kankerpatiënt tegen wiens tumor zijn ribben verwoestte, dus gingen ze over op 3D-geprint titanium. Over het algemeen zijn implantaten van dit niveau te zwaar voor het menselijk lichaam om te dragen, maar omdat titanium lichtgewicht en sterk is, is het mogelijk om patiëntspecifieke vervangingen die minder dan 250 gram wegen, in 3D te printen. Dankzij het succes van het 3D-geprinte implantaat herstelde de patiënt volledig en keerde hij terug naar zijn normale leven zonder afhankelijk te zijn van externe machines om hem te helpen ademen.
In een proef met enkelbotvervangingschirurgie waarbij gebruik werd gemaakt van op de patiënt afgestemde 3D-geprinte titanium Talas-botten, rapporteerden patiënten positieve resultaten. Botvervanging betekent dat patiënten geen totale enkelvervanging nodig hebben. De talus is een zeer specifiek anatomisch kenmerk van de patiënt en vereist een uniek 3D-onderdeel dat is ontworpen op basis van de CT-scangegevens van de patiënt.
De Amerikaanse Food and Drug Administration heeft in 2023 een groot aantal 3D-geprinte titaniumimplantaten goedgekeurd, voornamelijk implantaten in de wervelkolom.
Restor3d's eerste volledig metalen (titanium) 3D-geprinte patiëntspecifieke apparaat voor enkelartroplastiek zal in 2023 worden goedgekeurd.
SurGenTec's posterieure 3D-geprinte titanium sacro-iliacale gewrichtsfusiesysteem Tilink-P zal in 2023 worden goedgekeurd.
Het 3D-geprinte implantaat van FloSpine ter ondersteuning van de wervelkolom, het Tri-Largo Cervical Spine System, zal naar verwachting in 2023 door de FDA worden goedgekeurd.
Het 3D-cervicale interbody-fusiesysteem van Eminent Spine (3D-geprinte titaniumconfiguratie) zal in 2023 goedkeuring krijgen van de FDA.
Het titanium Blackhawk Ti 3D-geprinte cervicale spacersysteem van ChoiceSpine zal in 2023 goedkeuring krijgen van de FDA.
Corelink's Siber Ti sacro-iliacale gewrichtsfusiesysteem (poreus, nano-oppervlak, 3D-geprint titaniumimplantaat) zal in 2023 goedkeuring krijgen van de FDA.
fiets
3D-geprint titanium is bijna gebruikelijk in de hedendaagse prestatiefietsen, waarbij elk grammetje gewicht telt en hoge sterkte cruciaal is. Gebruikt in cranks, remhendels, stuurpennen, derailleurhangers en zelfs volledige frames, heeft titanium bewezen zo sterk te zijn als aluminium en zo licht als koolstofvezel zonder de duurzaamheidsuitdagingen van koolstofvezel.
Onlangs legde fietsenfabrikant Carbon Wasp uit waarom het aluminium en koolstofvezel achterwege laat ten gunste van 3D-geprint titanium om zijn nieuwste aftermarket-crankarmen te creëren.
Over volledige frames gesproken, fietsenfabrikant Angel Cycle Works zegt dat het een volledig titanium frame in één lichtgewicht onderdeel in 3D heeft geprint, wat cruciale seconden van de racetijden scheert en nieuwe ontwerpgeometrieën mogelijk maakt. De nieuwe superbike, genaamd Heaven, is 400 gram lichter dan de vorige versie. Een ander frame van volledig titaniumlegering dat Pilot dit jaar lanceerde, heet Pilot Seiren. Het frame van de racefiets is volledig 3D-geprint uit titanium (verdeeld in drie delen). Het bedrijf zegt dat het door het 3D-printen van titanium mogelijk is om de fiets aan te passen aan de voorkeuren van de rijder, en dat het frame geen verf of coating nodig heeft.
In de lucht- en ruimtevaartindustrie zijn er momenteel verschillende op titanium gebaseerde rapid prototyping-onderdelen voor commercieel en militair gebruik, en vele andere prototypes worden momenteel gecertificeerd door de FAA. 3D-printen van titanium wordt gewaardeerd om zijn lage ‘buy-to-fly ratio’, een ruimtevaartterm die verwijst naar de correlatie tussen het gewicht van het uitgangsmateriaal en het gewicht van het geprinte onderdeel.
Verschillende contractfabrikanten die gespecialiseerd zijn in de lucht- en ruimtevaart-, defensie- en ruimtevaartmarkten, zoals Primus Aerospace, StarHagen Aerospace en Zeda, hebben geïnvesteerd in 3D-printers die prototypes van titaniumonderdelen en definitieve onderdelen kunnen produceren.

In 2023 kondigde GKN Aerospace plannen aan om een ​​enorme 3D-printcel te bouwen voor het 3D-printen van titanium vliegtuigconstructies als onderdeel van zijn nieuwe wereldwijde technologiecentrum in Texas. De printer, genaamd Cell 3, kan titanium onderdelen van vijf meter lang maken.
productie
Halfgeleiderfabrikant ASML stapte om heel andere redenen over op het 3D-printen van titanium. Nu worden de voorvormen van de titanium draagplaten (gebruikt bij de productie van wafels) 3D-geprint in plaats van gesmeed, waardoor 64% van de grondstoffen wordt bespaard. En het wordt sneller geleverd. Norsk Titanium, een metaaladditief productiebedrijf dat gebruik maakt van een DED-platform (Directed Energy Deposition), drukt 80 kilogram bijna-netvormige voorvormen (gebruikt bij de productie van halfgeleiderwafels) met Ti64.
Norsk ontwikkelde de preform samen met de Nederlandse partner Hittech Group en wordt volgens Norsk gebruikt in de lithografiesystemen van ASML. ASML, eveneens gevestigd in Nederland, was de afgelopen jaren een van de meest besproken bedrijven ter wereld vanwege het chiptekort. Concreet staat ASML bekend om het produceren van 's werelds enige extreem-ultraviolette (EUV) lithografiemachine.
Zelfs de Amerikaanse marine is begonnen met het adopteren van 3D-geprint titanium om tijd en geld te besparen en de afhankelijkheid van buitenlandse toeleveringsketens te elimineren. Zonder binnenlandse mogelijkheden om de grote titaniumgietstukken te vervaardigen die nodig zijn voor hoogwaardige centrifugaalpompen, had de marine te kampen met lange doorlooptijden en een toeleveringsketen die gebruik maakte van dure, koolstofintensieve titaniumgrondstoffen. Maar binnenkort zal de marine, door samen te werken met de nieuwe binnenlandse partners IperionX Company voor de productie van gerecycleerd titaniumpoeder en Carver Pump Company voor rapid prototyping productie, in staat zijn om de leveringscyclus van belangrijke onderdelen aanzienlijk te verkorten, de beschikbaarheid van apparatuur te verbeteren en de cruciale onderdelen van Building America duurzaam te recyclen. toeleveringsketen van titanium.