Praktische Anwendung von Titanlegierung in 3D-Drucktechnologie

Titan, eine der bekanntesten Legierungen im Metall 3D-Druck, kombiniert hervorragende mechanische Eigenschaften mit sehr geringem spezifischem Gewicht. Reines Titan ist in den Klassen eins bis vier erhältlich und alle Sorten weisen eine extreme Korrosionsbeständigkeit, Duktilität und Schweißbarkeit auf. Ti6Al4V ist eine Titanlegierung, die 6 Prozent Aluminium und 4 Prozent Vanadium enthält und ihre hohe Zugfestigkeit auch bei extremen Temperaturen beibehält. Im 3D-Druck finden sie in der praktischen Anwendung vielfältige Möglichkeiten.

 

1 Medizinische Anwendung

Im industriellen Prozess macht die Biokompatibilität von Titan das Metall für medizinische Anwendungen optional, insbesondere wenn ein direkter Metallkontakt mit Gewebe oder Knochen erforderlich ist. Unter den Metallmaterialien, die für die Reparatur von menschlichem Hartgewebe verwendet werden, ist der Elastizitätsmodul von Ti (etwa 80 bis 110 GP) dem menschlichen Hartgewebe am nächsten, was die mechanische Unanpassbarkeit zwischen Metallimplantaten und Knochengewebe lindern kann. Daher hat die Titanlegierung eine breite Anwendungsperspektive im medizinischen Bereich.

Mitte des X. Jahrhunderts verwendeten das amerikanische und das Vereinigte Königreich erstmals reines Ti in Organismen. Reines Ti hat eine gute Korrosionsbeständigkeit in physiologischer Umgebung, hauptsächlich verwendet für die orale Reparatur und den Ersatz von weniger tragenden Teilen, aber seine schlechte Verschleißfestigkeit hat seine Anwendung in Lagerteilen begrenzt.

Im 3D-Druck, die mechanischen Eigenschaften von Titanlegierungen Ti6AL4V(Gr5) und Ti6Al4V (Gr23) machen sie eine beliebte Wahl für die klinische Medizin. Verglichen mit reinem Ti, hat Ti6 Al4V Legierung hohe Festigkeit und gute Verarbeitbarkeit, wurde ursprünglich für Raumfahrtanwendungen entwickelt, dann ist weit verbreitet in chirurgischen Reparaturmaterialien wie der Schädel Reparatur, Knochenplatte, etc. Für eine lange Zeit, die in-und ausländischen Forschungsteam konzentriert sich hauptsächlich auf Ti6Al4V, aber das Element Al und V kann schädlich für den menschlichen Körper sein, die neue Beta-Titan-Legierung ohne Al und V wie TiZrNbSn, Ti24Nb4Zr7. 6 Sn usw. wurden gefunden.

Heutzutage wird 3D-Druck in der orthopädischen Chirurgie und im Knochenersatz angewendet. Nach Angaben der Patienten wurden die Prothese und die Hilfsführung ausgedruckt, um die Inzisionsposition, die Perforationsposition und die Bohrtiefe zu ermitteln und die Operation zu simulieren. Die durch 3D-Drucktechnologie hergestellte Prothese kann menschliche Gewebezellen im Zwischenraum regenerieren. Die angepasste Prothese entspricht der ursprünglichen Körperform des Patienten und erzielt schließlich nach der Operation die Wirkung, nahe am echten Knochen zu sein. Im Juli 2015 führte die Thoraxchirurgie des chinesischen TangDu-Krankenhauses erfolgreich ein 3D-gedrucktes Sternum-Implantat aus Titanlegierung als Patient mit dem Sternaltumor durch und wurde damit zum weltweit ersten 3D-gedruckten Sternum-Implantat aus Titanlegierung. Die Zahnheilkunde zeichnet sich durch personalisierte Anpassung, schnelle und leichte Miniaturisierung aus, die sich besonders für die Verwendung von Metallpulver eignet, insbesondere für die 3D-Drucktechnologie von Titanlegierungspulver. Zu den Produkten gehören Zahnkronen, Zahnbrücken, seitliche kieferorthopädische Brackets, Prothesenbrackets und Zahnschrauben.

 

2 Formen und Werkzeuge

Titanlegierungen werden zur Herstellung einer Vielzahl von Komponenten und Teilen verwendet, einschließlich Klingen, Befestigungselementen, Ringen, Scheiben, Naben und Behältern. Im Vergleich zu den herkömmlichen Schmiede- und Gießverfahren wandelt der computergesteuerte 3D-Druck CAD optimal in Maschinencode um oder um menschliche Fehler auszuschließen, wird die Größe des Werkzeugteils streng kontrolliert, insbesondere bei komplexen Teilen und hochkomplexen gekrümmten Teilen. Dies reduziert die Produktionszeit des Modells und der Form erheblich, verbessert die Präzision und Qualität des Modells und reduziert die Produktionszeit und -kosten.

 

3 Luft- und Raumfahrt

Die Herstellung von Flugzeugen wird effizienter und kostengünstiger als je zuvor, da Qualitätstechnik erforderlich ist, um ein Flugzeug in den Himmel zu bringen. Von Leichtbaukomponenten bis hin zur zertifizierten Serienproduktion wissen wir, dass Flugzeugkomponenten eine unkonventionelle Note erfordern. Die hohen Kosten, der komplexe Prozess und die lange Lieferzeit von Titanlegierungsprodukten, die mit traditionellen Schmiede- und Gusstechniken hergestellt werden, schränken ihre Anwendung ein, insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie, wo Anpassungen erforderlich sind. "Leichtgewicht" und "hohe Festigkeit" waren die Hauptziele der Luft- und Raumfahrt Herstellung und Entwicklung von Geräten, während die im 3D-Druck hergestellten Metallteile ihre Anforderungen an Geräte voll erfüllen.

Die für Getriebe und Pleuel verwendete Titanlegierung ist Ti6Al4V und Ti6Al4VEL. Die 3D-Drucktechnologie integriert konzeptionelles Design, technische Verifizierung sowie Produktion und Fertigung, wodurch Produktinnovationen in kleinen Dimensionen schnell realisiert und Entwicklungszeiten verkürzt werden können. Die Gesamtmaterialmenge wurde um 63% reduziert. Die signifikante Gewichtsreduzierung führt zu einem geringeren Kohlenstoffdruck und weniger Treibstoffverbrauch für Flugzeuge. Die thermische Belastung wurde aufgrund von weniger Schüttgut reduziert und größere Auflageflächen und komplex geformte Teile können hergestellt werden.