Seznamte se s vlastnostmi 3D tištěného titanu

1. Porozumět kovovému titanu
Čistý titan se obvykle nepoužívá ve strojírenských aplikacích, ale běžně se používá na biomedicínském trhu pro komponenty, jako jsou kolenní a kyčelní implantáty. Slitiny na bázi titanu – směsi řízených kovových kompozic, které poskytují specifické mechanické vlastnosti – jsou široce používány v průmyslových odvětvích, která vyžadují velmi specifické vlastnosti součástí. Dodavatelé kovových materiálů již dlouho poskytovali výrobcům titan pro odlévání a nyní také začínají nabízet titanové prášky speciálně formulované pro rychlou výrobu prototypů.
Titan pro aditivní výrobu
Titan 6Al-4V třídy 5 je nejběžněji používaná slitina titanu v aditivní výrobě, díky čemuž je ideálním materiálem pro prototypy a funkční díly v leteckém, automobilovém a vojenském sektoru. Je to také vynikající materiál pro výrobu dílů se složitou geometrií a přesností, stejně jako pro výrobu nástrojů.

Titan 6Al-4V třídy 23 je biokompatibilní slitina běžně používaná v lékařských implantátech a protetice.
Pevnost titanu třídy Beta 21S je vyšší než u tradičních slitin titanu, jako je Ti-6Al-4V, a jeho odolnost proti oxidaci a odolnost proti tečení jsou také lepší než u tradičních slitin titanu, jako je Ti{{3} }V-3Cr. Titan třídy 21 má nejnižší účinnost absorpce vodíku ze všech slitin titanu. Je ideální pro ortopedické implantáty a aplikace leteckých motorů. Beta titan je široce používán v ortodoncii.
Cp-Ti (čistý titan) stupně 1 a 2 je široce používán v lékařské oblasti díky své biokompatibilitě s lidským tělem.
BT20 je téměř alfa titanová slitina obsahující přísady hliníku a zirkonia. Komponenty vyrobené z BT20 mají vysokou měrnou pevnost, vysokou nosnost a teplotní odolnost, takže je lze použít pro těžké komponenty při výrobě letadel a motorů.
2. Jak 3D tisknout titan
Existuje celá řada technologií 3D tisku kovů, které lze použít ke zpracování slitin na bázi titanu, ale nejčastěji se používá proces fúze práškového lože (fúze laserového prášku, fúze prášku elektronového paprsku) s použitím titanového prášku.
Podle zprávy poradenské firmy Ampower: "Většina titanových AM dílů se vyrábí pomocí technologie práškového lože." Technologie fúze v práškovém loži se používá k výrobě lehkých komponentů pro letectví a závody, stejně jako lékařských implantátů, zatímco technologie pojiva se běžně používá k výrobě vyrábět menší lékařské přístroje z titanu."
Vlastnosti 3D tištěného titanu
V obou procesech s práškovým ložem je nejdůležitější otázkou, jak se během procesu tisku vyvíjí mikrostruktura materiálu a jak hustota energie a přenášené teplo interagují s mřížkou materiálu. Tato interakce se odráží v časově závislém teplotním profilu laserového nebo elektronového paprsku dodávaného do suroviny.
3D tisk podrobuje titanový kov mnohostranným a složitým cyklům tepelného zpracování, čímž ovlivňuje mechanické vlastnosti materiálu. Vzhledem k tomu, že každá tiskárna je jiná, materiály se liší a prostor pro jemné doladění je velký, může být obtížné identifikovat trendy a vztahy mezi nimi. V poslední době bylo v této oblasti provedeno mnoho výzkumů a většina studií poukazuje na vynikající strukturální integritu 3D tištěných titanových dílů.

V březnu 2021 výrobce kovových 3D tiskáren MELD Manufacturing zveřejnil údaje potvrzující, že titan vyrobený jeho postupem splňuje požadavky norem ASTM a AMS pro tisk kovacích materiálů.
Data byla vyvinuta ve spolupráci s National Center for Manufacturing Sciences (NCMS), armádní výzkumnou laboratoří (ARL) a programem Advanced Manufacturing, Materials and Processes (AMMP) využívající Ti-6Al{{1} } Materiál V (Ti64), známý také jako ASTM 5 úroveň) vytvořený pro testování.
Tyto údaje ukazují, že mez kluzu, mez pevnosti v tahu a tažnost tištěného materiálu ve všech osách (včetně směru Z přes tištěnou vrstvu) překračují minimální požadavky stanovené normami ASTM.
Počet 3D tištěných chirurgických implantátů na bázi titanu schválených americkým úřadem FDA stále roste, protože výrobci zdravotnických prostředků ve svých výrobních kapacitách stále více přijímají technologie aditivní výroby.