تعرف على خصائص التيتانيوم المطبوع ثلاثي الأبعاد

1. فهم معدن التيتانيوم
لا يستخدم التيتانيوم النقي عادة في التطبيقات الهندسية، ولكنه يستخدم بشكل شائع في سوق الطب الحيوي لمكونات مثل زراعة الركبة والورك. السبائك القائمة على التيتانيوم - مخاليط من التركيبات المعدنية الخاضعة للرقابة والتي توفر خصائص ميكانيكية محددة - تستخدم على نطاق واسع في الصناعات التي تتطلب خصائص أجزاء محددة للغاية. لقد قام موردو المواد المعدنية منذ فترة طويلة بتزويد الشركات المصنعة بالتيتانيوم للصب، والآن بدأوا أيضًا في تقديم مساحيق التيتانيوم المصممة خصيصًا لتصنيع النماذج الأولية السريعة.
التيتانيوم للتصنيع الإضافي
التيتانيوم درجة 5 6Al-4V هو أكثر سبائك التيتانيوم استخدامًا في التصنيع الإضافي، مما يجعله مادة مثالية للنماذج الأولية والأجزاء الوظيفية في قطاعات الطيران والسيارات والقطاعات العسكرية. كما أنها مادة ممتازة لتصنيع الأجزاء ذات الأشكال الهندسية المعقدة والدقة، بالإضافة إلى أدوات الإنتاج.

التيتانيوم درجة 23 6Al-4V عبارة عن سبيكة متوافقة حيويًا تُستخدم بشكل شائع في عمليات الزرع الطبية والأطراف الصناعية.
تعد قوة التيتانيوم من فئة Beta 21S أعلى من سبائك التيتانيوم التقليدية مثل Ti-6Al-4V، كما أن مقاومتها للأكسدة ومقاومة الزحف أفضل أيضًا من سبائك التيتانيوم التقليدية مثل Ti{{3} }الخامس-3كر. يتمتع التيتانيوم صنف 21 بأقل كفاءة في امتصاص الهيدروجين بين جميع سبائك التيتانيوم. إنه مثالي لزراعة العظام وتطبيقات محركات الطيران. يستخدم بيتا تيتانيوم على نطاق واسع في تقويم الأسنان.
يستخدم الدرجة 1 و 2 Cp-Ti (التيتانيوم النقي) على نطاق واسع في المجال الطبي بسبب توافقه الحيوي مع جسم الإنسان.
BT20 عبارة عن سبيكة تيتانيوم قريبة من ألفا تحتوي على إضافات من الألومنيوم والزركونيوم. تتمتع المكونات المصنوعة من BT20 بقوة محددة عالية وقدرة تحمل عالية ومقاومة لدرجة الحرارة، لذلك يمكن استخدامها للمكونات الثقيلة في تصنيع الطائرات والمحركات.
2. كيفية طباعة التيتانيوم ثلاثية الأبعاد
هناك مجموعة متنوعة من تقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد التي يمكن استخدامها لمعالجة السبائك القائمة على التيتانيوم، ولكن الأكثر استخدامًا هي عملية دمج طبقة المسحوق (دمج طبقة المسحوق بالليزر، ودمج طبقة مسحوق شعاع الإلكترون) باستخدام مسحوق التيتانيوم.
وفقًا لتقرير صادر عن شركة Ampower الاستشارية، "يتم تصنيع معظم أجزاء التيتانيوم AM باستخدام تقنية طبقة المسحوق." إنتاج أجهزة طبية أصغر من التيتانيوم."
خصائص التيتانيوم المطبوع ثلاثي الأبعاد
في كلتا عمليتي طبقة المسحوق، السؤال الأكثر أهمية هو كيف تتطور البنية المجهرية للمادة أثناء عملية الطباعة، وكيف تتفاعل كثافة الطاقة والحرارة المنقولة مع شبكة المادة. وينعكس هذا التفاعل في ملف درجة الحرارة المعتمد على الوقت لشعاع الليزر أو شعاع الإلكترون الذي يتم تسليمه إلى المادة الخام.
تُخضع الطباعة ثلاثية الأبعاد معدن التيتانيوم لدورات معالجة حرارية متعددة الأوجه ومعقدة، مما يؤثر على الخواص الميكانيكية للمادة. وبما أن كل طابعة مختلفة، والمواد تختلف، ونطاق الضبط الدقيق كبير، فقد يكون من الصعب تحديد الاتجاهات والعلاقات بينها. لقد تم إجراء الكثير من الأبحاث في هذا المجال مؤخرًا، وتشير معظم الدراسات إلى السلامة الهيكلية الفائقة لأجزاء التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

في مارس 2021، أصدرت شركة MELD Manufacturing، الشركة المصنعة للطابعات المعدنية ثلاثية الأبعاد، بيانات تؤكد أن التيتانيوم الذي تنتجه عمليتها يلبي متطلبات معايير ASTM وAMS لطباعة المواد المطروقة.
تم تطوير البيانات بالتعاون مع المركز الوطني لعلوم التصنيع (NCMS)، ومختبر أبحاث الجيش (ARL)، وبرنامج التصنيع والمواد والعمليات المتقدمة (AMMP) باستخدام Ti-6Al{{1} }مادة V (Ti64)، المعروفة أيضًا بمستوى ASTM 5) تم إنشاؤها للاختبار.
توضح هذه البيانات أن قوة الخضوع وقوة الشد القصوى واستطالة المادة المطبوعة في جميع المحاور (بما في ذلك الاتجاه Z خلال الطبقة المطبوعة) تتجاوز الحد الأدنى من المتطلبات المحددة بمعايير ASTM.
يستمر عدد الغرسات الجراحية المطبوعة ثلاثية الأبعاد والمعتمدة على التيتانيوم والمعتمدة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية في النمو مع اعتماد الشركات المصنعة الطبية بشكل متزايد لتقنيات التصنيع المضافة في قدراتها الإنتاجية.