Coneix les propietats del titani imprès en 3D

1. Entendre el metall de titani
El titani pur no s'utilitza normalment en aplicacions d'enginyeria, però s'utilitza habitualment al mercat biomèdic per a components com els implants de genoll i maluc. Els aliatges a base de titani, mescles de composicions metàl·liques controlades que proporcionen propietats mecàniques específiques, s'utilitzen àmpliament en indústries que requereixen propietats de peces molt específiques. Els proveïdors de materials metàl·lics proporcionen durant molt de temps als fabricants titani per a la fosa, i ara també comencen a oferir pols de titani especialment formulats per a la fabricació ràpida de prototips.
Titani per a la fabricació additiva
El titani de grau 5 6Al-4V és l'aliatge de titani més utilitzat en la fabricació additiva, el que el converteix en un material ideal per a prototips i peces funcionals en els sectors aeroespacial, automoció i militar. També és un material excel·lent per a la fabricació de peces amb geometries complexes i precisió, així com per a eines de producció.

El titani 6Al-4V de grau 23 és un aliatge biocompatible que s'utilitza habitualment en implants mèdics i pròtesis.
La força del titani de grau Beta 21S és superior a la dels aliatges tradicionals de titani com ara Ti-6Al{-4V, i la seva resistència a l'oxidació i la seva resistència a la fluència també són millors que els aliatges tradicionals de titani com el Ti{{3} }V-3Cr. El titani de grau 21 té l'eficiència d'absorció d'hidrogen més baixa de tots els aliatges de titani. És ideal per a implants ortopèdics i aplicacions de motors aeroespacials. El titani beta s'utilitza àmpliament en ortodòncia.
Cp-Ti de grau 1 i 2 (titani pur) s'utilitza àmpliament en l'àmbit mèdic a causa de la seva biocompatibilitat amb el cos humà.
BT20 és un aliatge de titani gairebé alfa que conté additius d'alumini i zirconi. Els components fets de BT20 tenen una alta resistència específica, una gran capacitat de càrrega i una resistència a la temperatura, de manera que es poden utilitzar per a components resistents en la fabricació d'avions i motors.
2. Com imprimir titani en 3D
Hi ha una varietat de tecnologies d'impressió 3D metàl·liques que es poden utilitzar per processar aliatges basats en titani, però el més utilitzat és el procés de fusió del llit de pols (fusió del llit de pols làser, fusió del llit de pols de feix d'electrons) amb pols de titani.
Segons un informe de la consultora Ampower, "La majoria de peces AM de titani es fabriquen amb tecnologia de llit de pols. "La tecnologia de fusió de llit de pols s'utilitza per produir components lleugers per a l'aeronàutica i les curses, així com implants mèdics, mentre que la tecnologia de llançament de lligant s'utilitza habitualment per produir dispositius mèdics més petits a partir de titani".
Característiques del titani imprès en 3D
En ambdós processos de llit de pols, la pregunta més important és com evoluciona la microestructura del material durant el procés d'impressió i com la densitat d'energia i la calor transferida interactuen amb la xarxa del material. Aquesta interacció es reflecteix en el perfil de temperatura depenent del temps del làser o del feix d'electrons lliurat a la matèria primera.
La impressió 3D sotmet el metall de titani a cicles de processament tèrmic complexos i polifacètics, afectant així les propietats mecàniques del material. Atès que cada impressora és diferent, els materials varien i l'abast de l'ajustament és gran, pot ser difícil identificar tendències i relacions entre ells. Recentment, hi ha hagut moltes investigacions en aquesta àrea i la majoria dels estudis apunten a la integritat estructural superior de les peces de titani impreses en 3D.

El març de 2021, el fabricant d'impressores 3D de metall MELD Manufacturing va publicar dades que confirmen que el titani produït pel seu procés compleix els requisits de les normes ASTM i AMS per a la impressió de materials de forja.
Les dades es van desenvolupar en col·laboració amb el National Center for Manufacturing Sciences (NCMS), l'Army Research Laboratory (ARL) i el programa Advanced Manufacturing, Materials, and Processes (AMMP) mitjançant Ti-6Al{{1} }V (Ti64), també conegut com a nivell ASTM 5) generat per a la prova.
Aquestes dades mostren que la resistència a la fluència, la resistència a la tracció final i l'allargament del material imprès en tots els eixos (inclosa la direcció Z a través de la capa impresa) superen els requisits mínims especificats per les normes ASTM.
El nombre d'implants quirúrgics impresos en 3D basats en titani aprovats per la FDA dels EUA continua creixent a mesura que els fabricants mèdics adopten cada cop més tecnologies de fabricació additiva en les seves capacitats de producció.