3D印刷技術におけるチタン合金の実用化

金属3D印刷で最も広く知られている合金の1つであるチタンは、非常に低い比重の優れた機械的特性を兼ね備えています。 純チタン すべてのグレードは極度の耐食性、延性および溶接性を示します。 Ti6Al4Vは、6パーセントのアルミニウムと4パーセントのバナジウムであり、極端な温度でも高い引張強度を維持するチタン合金です。 3D印刷では、実際のアプリケーションで幅広いオプションが見つかることがあります。

 

1医療用アプリケーション

工業プロセスでは、チタンの生体適合性により、特に組織や骨との直接的な金属接触が必要な場合に、医療用途で金属をオプションにします。 人間の硬組織の修復に使用される金属材料の中で、Tiの弾性率（約80〜110 GP）は人間の硬組織に最も近く、金属インプラントと骨組織の間の機械的不適応を緩和することができます。 したがって、チタン合金は医療分野で幅広い応用の見通しがあります。

20世紀の半ば、アメリカとイギリスは初めて生物中に純Tiを適用しました。 純粋なTiは、主に口腔修復および少ない軸受部品の交換に使用される生理学的環境において良好な耐腐食性を有するが、耐摩耗性が悪いため、軸受部品への適用が制限される。

3D印刷では、チタン合金の機械的性質 Ti6Al4V（Gr5）およびTi6AL4V（Gr23）は、それらを臨床医学のための人気のある選択肢にします。 純粋なTiと比較して、Ti6 Al4V合金は高い強度と優れた加工性を持ち、航空宇宙用途向けに設計されています。その後、頭蓋骨修復、骨板などの外科修復材に広く使用されています。研究チームは主にTi6Al4Vに焦点を当てていますが、元素AlとVはTiZrNbSn、Ti24Nb4Zr7のようなAlとVを含まない新しいベータチタン合金です。 6 Snなどが見つかりました。

今日では、3Dプリントが整形外科手術や骨置換に適用されています。 患者のデータによると、プロテーゼと補助ガイドは、手術をシミュレートするための切開位置、穿孔位置、および穴あけ深さを見つけるのに役立つように印刷されました。 3Dプリンティング技術で製造されたプロテーゼは、空間内の人間の組織細胞を再生することができ、カスタマイズされたプロテーゼは患者の体の元の形状と同じであり、最終的に手術後に実際の骨に近い効果を実現します。 2015年3月、中国のTangDu病院の胸部外科手術は、胸骨腫瘍の患者として3Dプリントされたチタン合金胸骨インプラントの実行に成功し、世界初の3Dプリントされたチタン合金胸骨インプラントになりました。 歯科は、パーソナライズされたカスタマイズ、迅速かつ軽量な小型化が特徴であり、金属粉末、特にチタン合金粉末のXNUMXD印刷技術の採用に特に適しています。 その製品には、歯冠、歯科用ブリッジ、側面矯正ブラケット、義歯ブラケット、および歯科用ネジが含まれます。

 

2金型および金型

チタン合金は、ブレード、ファスナー、リング、ディスク、ハブ、容器など、さまざまなコンポーネントや部品の製造に使用されます。 従来の鍛造および鋳造方法と比較して、コンピューター制御の3D印刷は、CADを機械語に最適に変換するか、人為的エラーを排除し、特に複雑な部品や超複雑な湾曲部品の場合、工具部品のサイズを厳密に制御します。 モデルと金型の製造時間を大幅に短縮し、モデルの精度と品質を向上させ、製造時間とコストを削減します。

 

3航空宇宙および航空学

航空機を空に上げるには高品質のエンジニアリングが必要なため、航空機の製造はこれまで以上に効率的で費用効果が高くなっています。 軽量部品から認定された量産まで、航空機部品には型破りなタッチが必要であることを私たちは知っています。 従来の鍛造および鋳造技術によって製造されたチタン合金製品の高コスト、複雑なプロセス、および長い納期は、特にカスタマイズが必要な航空宇宙産業において、その用途を制限します。「軽量」および「高強度」は航空宇宙の主な目的でした。機器の製造と開発、3D印刷で製造された金属部品は、機器の要件を完全に満たしています。

ギアボックスおよびコンロッドに使用されるチタン合金はTi6Al4VおよびTi6Al4VELです。 3D印刷技術は、小規模な製品革新を迅速に実現し、開発時間を短縮できる概念設計、技術検証、生産と製造を統合しています。 材料の総量は63％減少した。 大幅な軽量化により、カーボンプリントが小さくなり、飛行機の燃料使用量が少なくなります。 熱応力は、バルク材料が少なく、支持面積が大きくなり、複雑な形状の部品を製造することができるため、減少した。