پرینت سه بعدی تیتانیوم

تیتانیوم مستحکم تر اما سبک تر از فلزهای دیگر است. کار با تیتانیوم کمی پیچیده است اما برای پرینت سه بعدی بسیار مناسب است.

تیتانیوم رایج ترین فلز مورد استفاده در صنعت ساخت افزایشی است. تیتانیوم به صورت گسترده در هوافضا، جایگزینی مفاصل و ابزار جراحی، ماشین های مسابقه و بدنه دوچرخه، الکترونیک و دیگر محصولات کارآمد کاربرد دارد. تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم استحکام مکانیکی بالا، نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت در برابر خوردگی بالاتر از استیل ضد زنگ دارند. این موجب می شود که راکت ها و هواپیماها سبکتر شده و سوخت کمتری مصرف کنند و توانایی بازده آن ها افزایش یابد.

در صنایع هوافضا چندین  قطعه تولید شده با ساخت افزودنی بر پایه تیتانیوم که توسط FAA آمریکا تأیید شده اند، مورد استفاده تجاری و نظامی هستند و همچنین قطعات جدیدی در انتظار أخذ گواهی نامه هستند. تیتانیوم پرینت سه بعدی به علت نسبت پایین خرید به وزن خود در هوافضا بسیار ارزشمند است. نسبت خرید به وزن یک اصطلاح هوافضا است که به ارتباط بین وزن ماده اولیه و وزن قطعه چاپ شده اشاره دارد.

در صعنت دارویی، پرینت سه بعدی ایمپلنت های تیتانیوم مثل ستون فقرات، لگن، زانو و سایر اندام‌ها به دلیل زیست سازگاری ذاتی فلز و خواص مکانیکی خوب همراه با توانایی پرینت سه‌بعدی در ایجاد ساختارهای متخلخل که امکان یکپارچه‌سازی استخوان و سفارشی‌سازی انبوه را برای بیمار بهتر فراهم می‌کند، موفقیت‌آمیز بوده است. ایمپلنت‌های تیتانیوم پرینت سه‌بعدی هم در تأییدیه‌های نظارتی و هم از نظر تقاضا در حال افزایش هستند. از آنجایی که بیشتر ایمپلنت های پزشکی به صورت گسترده برای افرادی که بیماری یکسانی دارند به صورت مشابه تولید می شود، اما باید ذکر شود که این ایمپلنت ها برای تمام افراد ایده آل نیستند. افرادی که از شرایط نادر رنج می برند اغلب نادیده گرفته می شوند. در حال حاضر، با پرینت سه بعدی، امکان تولید ایمپلنت هایی که به طور انحصاری برای بیماران خاص طراحی شده اند، وجود دارد.

برای پرینت سه بعدی تیتانیوم و آلیاژهای آن چندین تکنولوژی پرینت سه بعدی وجود دارد اما فرآیند هم جوشی بر بستر پودر ( همجوشی بر بستر لیزر پودر، همجوشی بر بستر پرتو الکترونی پودر) و استفاده از پودر تیتانیوم بیشتر مورد استفاده قرار میگرد.

همجوشی بستر پودر لیزری (LPBF) یک فناوری تولیدی مبتنی بر رسوب مواد است که با ذوب موضعی یک ماده توسط لیزر پرقدرت شروع می شود. LPBF با افزودن یک لایه مواد روی لایه قبلی، قطعه ای را تولید می کند. این فرآیندی است که در آن مواد و قطعه هر دو به طور همزمان ایجاد می شوند. بر اساس خواص آلیاژ مبتنی بر تیتانیوم برای پردازش، پارامترهای پروسه LPBF باید برای کنترل تخلخل، ریزساختار و خواص مواد نهایی بهینه و تنظیم شوند. همجوشی بستر پودر پرتو الکترونی فرآیندی مشابه است اما از پرتو الکترونی به جای لیزر استفاده می شود. به گفته AMPower، دمای بالای فرآیند پرتو الکترونی منجر به خنک‌ شدن آهسته‌تر  هرلایه می شود.

در فرآیندهای همجوشی بستر پودری، پرینترهای سه بعدی فلزی از یک بستر پودر فلزی شروع به کار می کنند که به صورت انتخابی اسکن می شود. تمام اطلاعات هندسی از یک مدل CAD که قبلاً در نرم افزار مدلسازی سه بعدی تعریف شده بود به سیستم چاپ داده می شود. مواد پودری عمدتاً با ویژگی هایی مانند مورفولوژی ذرات (نامنظم یا کروی) و توزیع اندازه ذرات مشخص می شوند. مورفولوژی کروی مطلوب تر است زیرا پس از ادامه فرآیند چاپ، امکان جریان پذیری خوب پودر فراهم می شود. فرآیندی که از آن پودر ایجاد می شود ویژگی های نهایی آن را تعیین می کند. پودرهای فلزی را می توان با اتمیزه کردن گاز، اتمیزه کردن چرخشی، فرآیند الکترود دوار پلاسما و اتمیزه کردن آب تولید کرد. نکته اصلی این است که پودر با کیفیت، قطعات با کیفیت تولید می کند. سایر روش‌های تولید افزودنی مناسب برای تیتانیوم شامل رسوب مستقیم انرژی (DED)، رسوب سریع پلاسما (RPD) و جت بایندر است.