Aflați despre proprietățile titanului imprimat 3D

1. Înțelegeți metalul de titan
Titanul pur nu este utilizat de obicei în aplicații de inginerie, dar este utilizat în mod obișnuit pe piața biomedicală pentru componente precum implanturile de genunchi și șold. Aliajele pe bază de titan - amestecuri de compoziții de metal controlate care oferă proprietăți mecanice specifice - sunt utilizate pe scară largă în industriile care necesită proprietăți ale pieselor foarte specifice. Furnizorii de materiale metalice au furnizat de multă vreme producătorilor titan pentru turnare, iar acum încep să ofere și pulberi de titan special formulate pentru fabricarea rapidă a prototipurilor.
Titan pentru fabricarea aditivă
Titanul 6Al-4V de gradul 5 este cel mai frecvent utilizat aliaj de titan în fabricarea aditivă, ceea ce îl face un material ideal pentru prototipuri și piese funcționale în sectoarele aerospațial, auto și militar. Este, de asemenea, un material excelent pentru fabricarea pieselor cu geometrii complexe și precizie, precum și instrumente de producție.

Titanul 6Al-4V de gradul 23 este un aliaj biocompatibil utilizat în mod obișnuit în implanturi și protetice medicale.
Rezistența titanului de calitate Beta 21S este mai mare decât aliajele tradiționale de titan, cum ar fi Ti-6Al{-4V, iar rezistența sa la oxidare și rezistența la fluaj sunt, de asemenea, mai bune decât aliajele tradiționale de titan, cum ar fi Ti{{3} }V-3Cr. Titanul de gradul 21 are cea mai scăzută eficiență de absorbție a hidrogenului dintre toate aliajele de titan. Este ideal pentru implanturi ortopedice și aplicații pentru motoare aerospațiale. Titanul beta este utilizat pe scară largă în ortodonție.
Cp-Ti de gradul 1 și 2 (titan pur) este utilizat pe scară largă în domeniul medical datorită biocompatibilității sale cu corpul uman.
BT20 este un aliaj de titan aproape alfa care conține aditivi de aluminiu și zirconiu. Componentele realizate din BT20 au o rezistență specifică ridicată, o capacitate portantă ridicată și rezistență la temperatură, astfel încât pot fi utilizate pentru componente grele în fabricarea aeronavelor și a motoarelor.
2. Cum să imprimați 3D titan
Există o varietate de tehnologii de imprimare 3D din metal care pot fi utilizate pentru a procesa aliaje pe bază de titan, dar cel mai frecvent utilizat este procesul de fuziune în pat de pulbere (fuziune cu strat de pulbere laser, fuziune în pat de pulbere cu fascicul de electroni) folosind pulbere de titan.
Potrivit unui raport al companiei de consultanță Ampower, „Majoritatea pieselor din titan AM sunt fabricate folosind tehnologia cu pat de pulbere. „Tehnologia de fuziune a stratului de pulbere este utilizată pentru a produce componente ușoare pentru aerospațiale și curse, precum și implanturi medicale, în timp ce tehnologia de jet de liant este folosită în mod obișnuit pentru produc dispozitive medicale mai mici din titan”.
Caracteristicile titanului imprimat 3D
În ambele procese cu pat de pulbere, cea mai importantă întrebare este cum evoluează microstructura materialului în timpul procesului de imprimare și cum interacționează densitatea de energie și căldura transferată cu rețeaua materialului. Această interacțiune se reflectă în profilul de temperatură dependent de timp al laserului sau fasciculului de electroni livrat materiei prime.
Imprimarea 3D supune metalul de titan la cicluri complexe și multiple de procesare termică, afectând astfel proprietățile mecanice ale materialului. Deoarece fiecare imprimantă este diferită, materialele variază, iar posibilitățile de reglare fină sunt mari, poate fi dificil să identificăm tendințele și relațiile dintre ele. Au fost multe cercetări în acest domeniu recent și majoritatea studiilor indică integritatea structurală superioară a pieselor din titan imprimate 3D.

În martie 2021, producătorul de imprimante 3D din metal MELD Manufacturing a lansat date care confirmă că titanul produs prin procesul său îndeplinește cerințele standardelor ASTM și AMS pentru imprimarea materialelor forjate.
Datele au fost dezvoltate în colaborare cu Centrul Național pentru Științe ale Fabricației (NCMS), Laboratorul de Cercetare al Armatei (ARL) și programul Advanced Manufacturing, Materials, and Processes (AMMP) folosind Ti-6Al{{1} }V (Ti64) material, cunoscut și ca nivel ASTM 5) generat pentru testare.
Aceste date arată că limita de curgere, rezistența maximă la tracțiune și alungirea materialului imprimat în toate axele (inclusiv direcția Z prin stratul imprimat) depășesc cerințele minime specificate de standardele ASTM.
Numărul de implanturi chirurgicale imprimate 3D pe bază de titan aprobate de FDA din SUA continuă să crească pe măsură ce producătorii medicali adoptă din ce în ce mai mult tehnologii de fabricație aditivă în capacitățile lor de producție.