การพิมพ์ไทเทเนียม 3 มิติ: ประโยชน์ เทคโนโลยี และการใช้งาน

เมื่อไทเทเนียมมาบรรจบกับการพิมพ์ 3 มิติ ความแข็งแรง ความต้านทานการกัดกร่อน และอิสระในการออกแบบจะมารวมกัน ทําให้จรวด รากฟันเทียม ชิ้นส่วนแข่งรถ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีน้ําหนักเบา แข็งแรงขึ้น และเป็นส่วนตัวมากขึ้น

คู่มือนี้อธิบายว่าเหตุใดไทเทเนียมจึงเหมาะกับการพิมพ์ 3 มิติ เน้นเทคโนโลยีหลัก และแสดงให้เห็นว่าไทเทเนียมถูกนําไปใช้ที่ไหน ซึ่งช่วยให้คุณเห็นว่าไทเทเนียมเหมาะกับโครงการประสิทธิภาพสูงครั้งต่อไปของคุณหรือไม่

ทําไมไทเทเนียมจึงเหมาะกับการพิมพ์ 3 มิติ

การตัดเฉือนแบบดั้งเดิมเป็นสิ่งที่ท้าทาย

• การนําความร้อนต่ําของไทเทเนียมทําให้เครื่องมือสึกหรออย่างรวดเร็วและประสิทธิภาพต่ําในการตัดเฉือน CNC
• วิธีการทั่วไปสิ้นเปลืองวัสดุจํานวนมาก และไททาเนียมมีราคาแพง ซึ่งทําให้ต้นทุนการผลิตสูงขึ้น

การพิมพ์ 3 มิติช่วยลดการสูญเสียวัสดุและเพิ่มประสิทธิภาพ ทําให้เป็นวิธีที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้นในการผลิตชิ้นส่วนไทเทเนียม

คุณสมบัติของวัสดุที่โดดเด่น

• อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ําหนักสูงทําให้เหมาะสําหรับส่วนประกอบที่มีน้ําหนักเบาและมีความแข็งแรงสูง
• ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยมสนับสนุนการใช้งานในรากฟันเทียมและอุปกรณ์ทางการแพทย์
• ความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่าช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรในระยะยาวในน้ําทะเลและสภาพแวดล้อมทางเคมี
• ไทเทเนียมต้านทานความเมื่อยล้าและการแตกร้าวแม้ภายใต้การใช้งานที่เข้มข้น
• ยังคงมีโครงสร้างที่มั่นคงที่อุณหภูมิสูง ให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่แข็งแกร่ง

เหมาะอย่างยิ่งสําหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน

ความเหนียวของไทเทเนียมช่วยให้สามารถพิมพ์ 3 มิติของรูปร่างที่ซับซ้อนซึ่งยากต่อการทําด้วยวิธีการแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ยังเปิดใช้งานช่องสัญญาณภายในและตาข่ายผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี

ประโยชน์ของการพิมพ์ไทเทเนียม 3 มิติ

ในด้านการบินและอวกาศ การพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียมช่วยลดอัตราส่วนการซื้อต่อบิน ซึ่งเป็นคําที่อธิบายน้ําหนักของวัตถุดิบที่ซื้อเทียบกับน้ําหนักของชิ้นส่วนสุดท้าย

ด้วยวิธีการแบบดั้งเดิม ชิ้นส่วนไทเทเนียมอาจมีอัตราส่วนการซื้อต่อการบิน 12:1 ถึง 25:1 นั่นหมายความว่าวัสดุราคาแพงมากถึง 90% ถูกตัดออกและสูญเปล่า

การพิมพ์ไทเทเนียม 3 มิติลดอัตราส่วนนี้ลงเหลือประมาณ 3:1 ถึง 12:1 โดยใช้เฉพาะวัสดุที่จําเป็นสําหรับชิ้นส่วนและสร้างของเสียน้อยที่สุดจากโครงสร้างรองรับ

สําหรับวัสดุที่มีราคาแพง เช่น ไททาเนียม การลดนี้นําไปสู่การประหยัดอย่างมากและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

การประยุกต์ใช้การพิมพ์ไทเทเนียม 3 มิติ

อวกาศ

สําหรับบริษัทการบินและอวกาศ ไทเทเนียมการพิมพ์ 3 มิติช่วยลดน้ําหนักของโครงสร้างที่มีภาระสูง เหมาะอย่างยิ่งสําหรับเครื่องยนต์เจ็ท กังหันก๊าซ และส่วนประกอบโครงเครื่องบินต่างๆ

Liebherr-อวกาศ & Transportation SAS ซึ่งเป็นซัพพลายเออร์ด้านการบินและอวกาศรายใหญ่ ได้เริ่มผลิตขายึดเกียร์ลงจอดไทเทเนียมที่พิมพ์ 3 มิติจํานวนมากสําหรับ Airbus A350 XWB เมื่อต้นปีนี้

ด้วยการใช้การพิมพ์ไทเทเนียม 3 มิติ Liebherr ลดน้ําหนักของตัวยึดลง 29% และเพิ่มความแข็ง

ติดต่อเราตอนนี้

โบอิ้งยังได้เดิมพันครั้งใหญ่ในการพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียม ตั้งแต่ปี 2015 บริษัทได้ร่วมมือกับ Norsk Titanium บริษัทการพิมพ์โลหะ 3 มิติของนอร์เวย์เพื่อผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างไทเทเนียมขนาดใหญ่สําหรับ 787 Dreamliner

ในปี 2017 โบอิ้งใช้เทคโนโลยี Rapid Plasma Deposition (RPD) ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของ Norsk เพื่อสร้างชิ้นส่วนไทเทเนียมที่ไม่มีชื่อ ซึ่งได้รับการรับรองจากสํานักงานบริหารการบินแห่งชาติสหรัฐฯ (FAA)

ชิ้นส่วนที่พิมพ์และกลึง 3 มิติโดย Norsk Titanium

โบอิ้งใช้เทคโนโลยี Rapid Plasma Deposition (RPD) ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของ Norsk ในการผลิตส่วนประกอบไทเทเนียม

ติดต่อเราตอนนี้

ทางการแพทย์

ในด้านการแพทย์ รากฟันเทียมไทเทเนียมที่พิมพ์ 3 มิติใช้กันอย่างแพร่หลายในการผ่าตัดกระดูกสันหลัง สะโพก เข่า และแขนขา ช่วยให้สามารถปรับแต่งส่วนบุคคลในวงกว้างและปรับปรุงผลลัพธ์ของผู้ป่วยได้อย่างมาก

Osseus Fusion Systems ซึ่งเป็นบริษัทในสหรัฐฯ พัฒนาอุปกรณ์ดังกล่าว รากฟันเทียมกระดูกสันหลังไทเทเนียมพิมพ์ 3 มิติ อุปกรณ์ฟิวชั่นระหว่างร่างกาย Aries-L มีกริดหลายระนาบที่เป็นกรรมสิทธิ์และโทโพโลยีพื้นผิวขนาดเล็กที่ปรับให้เหมาะสมซึ่งส่งเสริมการรวมกระดูกได้เร็วขึ้น

รากฟันเทียมกระดูกสันหลังไทเทเนียมโดย Osseus

Osseus ใช้การพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียมในการผลิตอุปกรณ์ฟิวชั่นระหว่างร่างกาย

ติดต่อเราตอนนี้

เนื่องจากผู้ผลิตทางการแพทย์จํานวนมากขึ้นนําการผลิตแบบเติมแต่งมาใช้ในการผลิตจํานวนรากฟันเทียมผ่าตัดที่พิมพ์ 3 มิติที่ใช้ไทเทเนียมที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA ก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ในปี 2023 ChoiceSpine ได้รับการอนุมัติจาก FDA สําหรับ Blackhawk Ti ซึ่งเป็นระบบเว้นระยะปากมดลูกไทเทเนียมที่พิมพ์ 3 มิติ

ติดต่อเราตอนนี้

ยานยนต์และมอเตอร์สปอร์ต

แม้ว่าการพิมพ์ 3 มิติจะมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจน แต่ตลาดรถยนต์สําหรับผู้บริโภคก็มีความอ่อนไหวต่อต้นทุนสูง ซึ่งจํากัดการใช้วัสดุราคาแพงนี้ในรถยนต์ส่วนใหญ่

หนึ่งในการใช้งานการพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียมที่โดดเด่นที่สุดในโลกยานยนต์คือการพัฒนาคาลิปเปอร์เบรกของ Bugatti สําหรับซูเปอร์คาร์ Chiron

คาลิปเปอร์เบรกไทเทเนียมของ Bugatti

คาลิปเปอร์เบรกไทเทเนียมของ Bugatti

ขนาด 41 x 21 x 13.6 ซม. คาลิปเปอร์ได้รับการพิมพ์ 3 มิติโดยใช้เทคโนโลยี SLM ในเวลาเพียง 45 ชั่วโมง

ติดต่อเราตอนนี้

ปีที่แล้ว บริษัทประสบความสําเร็จในการทดสอบคาลิปเปอร์ พิสูจน์ให้เห็นว่าสามารถตอบสนองความต้องการด้านความแข็งแรง ความแข็ง และอุณหภูมิที่สูงได้

HRE ผู้ผลิตล้อของสหรัฐฯ เป็นอีกบริษัทหนึ่งที่ได้รับประโยชน์จากการพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียม

ล้อไทเทเนียมพิมพ์ 3 มิติของ HRE

HRE ใช้เทคโนโลยี Laser Powder Bed Fusion (LPBF) เพื่อพิมพ์ดุมล้อรูปทรงซับซ้อน 3 มิติ ซึ่งช่วยลดน้ําหนักได้ 19% ในกระบวนการ

ติดต่อเราตอนนี้

จักรยานและสินค้าอุปโภคบริโภค

ไทเทเนียมที่พิมพ์ 3 มิติใช้กันอย่างแพร่หลายในจักรยานประสิทธิภาพสูง เช่น เฟรม ข้อเหวี่ยง และคันเบรก ให้ความแข็งแรงของอะลูมิเนียม ความเบาของคาร์บอนไฟเบอร์ และความยั่งยืนที่ดีขึ้น

ผู้ผลิตจักรยาน Ribble เปิดตัว Allroad Ti ซึ่งมีเฟรมไทเทเนียมพิมพ์ 3 มิติ

ติดต่อเราตอนนี้

เมื่อต้นปีนี้ Silca ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์การพิมพ์ 3 มิติล่าสุด รวมถึงไม้แขวนตีนผีไทเทเนียมหลายรุ่น

ติดต่อเราตอนนี้

Verve Cycling ร่วมมือกับ Metron Additive Engineering เพื่อออกแบบชุดข้อเหวี่ยงใหม่โดยใช้การพิมพ์ 3 มิติ ลดน้ําหนักและปรับปรุงการปรับแต่ง

ติดต่อเราตอนนี้

Futai Technology หัวไม้กอล์ฟพิมพ์ 3 มิติ

ช่วยให้นักกอล์ฟมีระยะทางที่มากขึ้น เสถียรภาพในการยิงที่ดีขึ้น และการชดเชยความผิดพลาดที่เพิ่มขึ้น

ติดต่อเราตอนนี้

การผลิต

ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ASML หันมาใช้การพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียมด้วยเหตุผลที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ถาดผู้ให้บริการเวเฟอร์ไทเทเนียมได้รับการพิมพ์ 3 มิติแทนการปลอมแปลง ช่วยประหยัดวัตถุดิบได้ 64% และเร่งการจัดส่ง

บริษัทผลิตสารเติมแต่งโลหะ Norsk Titanium ใช้แพลตฟอร์มการสะสมพลังงานโดยตรง (DED) เพื่อพิมพ์พรีฟอร์ม Ti64 ขนาด 80 กก. (ประมาณ 176 ปอนด์) สําหรับการผลิตเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์

ผลิตภัณฑ์ที่มีความแม่นยําและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

การพิมพ์ 3 มิติช่วยให้สามารถสร้างชิ้นส่วนไทเทเนียมที่บางเฉียบ ซับซ้อน และมีความแม่นยําสูง ทําให้เหมาะอย่างยิ่งสําหรับตัวเรือนนาฬิกา เช่น ตัวเรือนนาฬิกาของ Panerai และ Holthinrichs

ในปี 2023 แบรนด์สมาร์ทโฟน Honor ได้เปิดตัวโทรศัพท์แบบพับได้ Magic V2 ซึ่งมีฝาปิดหน้าพับไทเทเนียมพิมพ์ 3 มิติที่เบากว่าอะลูมิเนียมรุ่นก่อนหน้า แต่แข็งแรงกว่า 150%

ฝาครอบบานพับไทเทเนียมพิมพ์ 3 มิติ

จากข้อมูลของ Honor เป็นกุญแจสําคัญในการพับที่ราบรื่นและทนทานของผลิตภัณฑ์

ติดต่อเราตอนนี้

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียมหลักคืออะไร?

เลเซอร์ผงเบดฟิวชั่น (LPBF / SLM / DMLS)

ฟิวชั่นเตียงผงเลเซอร์ (SLM/DMLS/LPBF) ใช้เลเซอร์กําลังสูงในสภาพแวดล้อมก๊าซเฉื่อยเพื่อเลือกหลอมชั้นของผงไทเทเนียมทรงกลมซึ่งแข็งตัวอย่างรวดเร็ว

เหมาะอย่างยิ่งสําหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อนขนาดเล็กถึงขนาดกลางที่มีความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวด เช่น รากฟันเทียมออร์โธปิดิกส์และส่วนประกอบการบินและอวกาศ

SLM, DMLS และ LPBF เป็นคําศัพท์เฉพาะของแบรนด์สําหรับเทคโนโลยีฟิวชั่นเตียงผงที่ใช้เลเซอร์เหมือนกัน

ฟิวชั่นเตียงผงลําแสงอิเล็กตรอน (EBM / EB PBF)

ฟิวชั่นเตียงผงลําแสงอิเล็กตรอน (EBM) หลอมผงไทเทเนียมทีละชั้นโดยใช้ลําแสงอิเล็กตรอนในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ กระบวนการนี้รักษาแท่นสร้างที่อุณหภูมิสูงเพื่อลดความเครียดตกค้างและป้องกันการเกิดออกซิเดชัน

เหมาะสําหรับรากฟันเทียมขนาดใหญ่และชิ้นส่วนการบินและอวกาศที่ต้องการความเครียดภายในต่ําและคุณภาพของวัสดุที่ดีเยี่ยม

การสะสมพลังงานโดยตรง (DED)

การสะสมพลังงานโดยตรง (DED) ใช้เลเซอร์ ลําแสงอิเล็กตรอน หรืออาร์คเป็นแหล่งความร้อนในการหลอมผงหรือลวดไททาเนียมโดยตรงในสระหลอมเหลว

มีอัตราการสะสมสูงและเหมาะสําหรับการผลิตหรือซ่อมแซมชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่มีขนาดไม่เกิน 1 เมตร สามารถใช้วัตถุดิบลวดเพื่อลดต้นทุนวัสดุ

ตัวแปร DED ที่สําคัญ ได้แก่ Electron Beam Additive การผลิต (EBAM), Laser Metal Deposition (LMD/LENS) และ Wire Arc Additive การผลิต (WAAM)

การพ่นสารยึดเกาะ

การพ่นสารยึดเกาะจะฉีดสารยึดเกาะเหลวลงบนชั้นของผงไททาเนียมเพื่อสร้าง "ส่วนสีเขียว" ซึ่งต่อมาจะถูกเผาเพื่อให้ได้ความหนาแน่นเต็มที่

วิธีนี้ช่วยให้สามารถพิมพ์และผลิตชิ้นส่วนเรขาคณิตที่ง่ายกว่าได้อย่างรวดเร็ว

การผลิตโลหะที่ใช้การพิมพ์หิน (LMM)

LMM สร้างชิ้นส่วนสีเขียวโดยการบ่มเรซินไวแสงผสมกับผงไทเทเนียมทีละชั้นโดยใช้แสง

จากนั้นเรซินจะถูกลบออกผ่านการเผาผนึกทําให้ชิ้นส่วนสุดท้ายมีความหนาแน่น LMM ช่วยให้ความละเอียดระดับไมครอนและเหมาะอย่างยิ่งสําหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กที่มีรายละเอียดสูง เช่น ไมโครแชนเนลและอุปกรณ์ MEMS

กระบวนการที่มีอัตราการสะสมสูง (RPD, Cold Spray ฯลฯ)

Rapid Plasma Deposition (RPD) และ Cold Spray เป็นเทคนิคการผลิตสารเติมแต่งที่มีอัตราการสะสมสูงสําหรับชิ้นส่วนไทเทเนียมขนาดใหญ่ RPD ใช้ลําแสงพลาสม่าเพื่อหลอมลวดไททาเนียมเพื่อการสะสมที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งเหมาะสําหรับชิ้นส่วนโครงสร้างการบินและอวกาศ เช่น คานและเกียร์ลงจอด

ในทางกลับกัน Cold Spray ขับเคลื่อนอนุภาคโลหะที่เป็นของแข็งด้วยความเร็วเหนือเสียงเพื่อยึดติดที่อุณหภูมิห้อง โดยแทบไม่มีโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน มักใช้สําหรับการซ่อมแซมในภาคสนามหรือการสร้างผนังหนา

กระบวนการเหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงในการผลิตชิ้นส่วนที่มีขนาดมากกว่าหนึ่งเมตร แม้ว่าโดยปกติแล้วจะต้องมีหลังการตัดเฉือนเพื่อความแม่นยําของพื้นผิว

เทคนิคหลังการประมวลผลสําหรับโลหะผสมไทเทเนียมที่พิมพ์ 3 มิติ

หลังการพิมพ์ การประมวลผลภายหลังเป็นสิ่งสําคัญเพื่อให้ได้คุณสมบัติทางกลและพื้นผิวที่ต้องการ ด้านล่างนี้คือวิธีการหลังการประมวลผลที่พบบ่อยที่สุดสําหรับโลหะผสมไททาเนียม

การรักษาความร้อน

การอบชุบด้วยความร้อนช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางกลอย่างมีนัยสําคัญ เช่น ความแข็งแรง ความเหนียว และความต้านทานความเมื่อยล้า มักใช้กับส่วนประกอบโครงสร้างที่มีความเครียดสูง

ตัวอย่างเช่น Ti-6Al-4V (Ti64) สามารถเข้าถึงความแข็งแรงของผลผลิตมากกว่า 950 MPa หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน และสูงกว่า 1,000 MPa ด้วย HIP ในขณะที่ยังคงการยืดตัว 9-15% และความเสถียรของโครงสร้างที่ดีเยี่ยม

การกดไอโซสแตติกร้อน (HIP)

HIP รวมอุณหภูมิและความดันสูงเพื่อขจัดความพรุนภายในจากกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ ปรับปรุงความหนาแน่นและความแข็งแรงภายใน

โดยทั่วไปกระบวนการจะทํางานที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียสในบรรยากาศสุญญากาศหรืออาร์กอนเป็นเวลาประมาณหนึ่งชั่วโมง

ชิ้นส่วนไทเทเนียมที่ผ่านการบําบัดด้วย HIP สามารถเข้าถึงความหนาแน่นใกล้การตีขึ้นรูป (ประมาณ 99.5%) ด้วยการยืดตัวและความเหนียวที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสําคัญ

เครื่องจักรกลซีเอ็นซีที่มีความแม่นยํา

แม้ว่าการพิมพ์ 3 มิติจะให้อิสระในการออกแบบ แต่คุณสมบัติที่มีความแม่นยําสูง เช่น พื้นผิวการผสมพันธุ์ รูเกลียว และร่องปิดผนึก ยังคงต้องใช้เครื่องจักรกลซีเอ็นซีเพื่อให้เป็นไปตามความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวด

เทคนิคการตกแต่งพื้นผิว

• การขัดเงา: สร้างพื้นผิวเหมือนกระจก ซึ่งพบได้ทั่วไปในอุปกรณ์ทางการแพทย์และชิ้นส่วนตกแต่งระดับพรีเมียม
• การปั่นป่วน: ขจัดเสี้ยนในการผลิตเป็นชุด ทิ้งพื้นผิวด้านที่สม่ําเสมอ
• การพ่นทรายและการขัดเกลา: ปรับปรุงการยึดเกาะของสารเคลือบหรือได้พื้นผิวที่ดี

การรักษาเหล่านี้ช่วยเพิ่มความรู้สึก ความต้านทานการกัดกร่อน และความสามารถในการปรับการทํางานของชิ้นส่วนไทเทเนียม

ภาพรวมของโลหะผสมไทเทเนียมสําหรับการพิมพ์ 3 มิติ

เมื่อเลือกโลหะผสม สิ่งสําคัญคือต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น โหลด อุณหภูมิ สภาพแวดล้อมการกัดกร่อน และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ สิ่งนี้ทําให้มั่นใจได้ว่าคุณจะเพิ่มทั้งอิสระในการออกแบบและข้อได้เปรียบด้านวัสดุที่การผลิตแบบเติมแต่งมอบให้

เครื่องพิมพ์ 3 มิติสําหรับไทเทเนียม

เลเซอร์ผงเบดฟิวชั่น (LPBF / SLM / DMLS)

• EOS:M 290,M 400-4
• สารเติมแต่ง GE / Colibrium Additive: M2 Series 5,M Line
• โซลูชั่น Nikon SLM:NXG X12,NXG 600
• ระบบ 3 มิติ:DMP Flex 350, Factory 500
• Velo3D:แซฟไฟร์, แซฟไฟร์ XC
• ทรัมป์:TruPrint 2000,3000,5000
• Renishaw:RenAM 500 ซีรีส์
• ส่วนเพิ่มเติม:FormUp 350

ฟิวชั่นเตียงผงลําแสงอิเล็กตรอน (EBM / EB PBF)

GE Additive Arcam:Q10 Plus, Q20 Plus, Spectra H

การสะสมพลังงานโดยตรง (DED)

• Sciaky: EBAM 110, EBAM 300 (ลําแสงอิเล็กตรอน + ลวดไทเทเนียม)
• การผลิต MELD: MELD L-Series (การสะสมแรงเสียดทานโซลิดสเตตโดยใช้แท่งหรือแท่งไทเทเนียม)

การพ่นสารยึดเกาะ

• โลหะเดสก์ท็อป: ระบบการผลิต P-50, X Series
• Desktop Metal P-1: ต้องใช้ "Reactive Safety Kit" เพื่อรองรับวัสดุที่มีปฏิกิริยา เช่น ไทเทเนียมและอะลูมิเนียม
• ทําเครื่องหมาย: PX100

การผลิตเส้นใยโลหะหลอมรวม (Metal FFF / BMD)

Desktop Metal: Studio System 2 (เทคโนโลยี BMD พร้อมเส้นใย Ti-6Al-4V เฉพาะ)

สเปรย์เย็น – เทคโนโลยีการสะสมความเร็วสูงแบบโซลิดสเตต

Spee3D:วาร์ป SPEE3D

ต้นทุนเครื่องพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียม

ต้นทุนเป็นปัจจัยสําคัญที่หลายบริษัทต้องประเมินก่อนที่จะนําการพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียมมาใช้

การลงทุนเริ่มต้นสูง

• เครื่องพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียมเกรดอุตสาหกรรมมักมีตั้งแต่ 250,000 ถึง 1,000,000 ดอลลาร์
• ผงโลหะผสมไทเทเนียมทรงกลมที่มีความบริสุทธิ์สูงมีราคาประมาณ 300–600 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม
• ธุรกิจจํานวนมากเลือกที่จะทํางานร่วมกับผู้ให้บริการการพิมพ์ 3 มิติ ต้นทุนการพิมพ์ขั้นสุดท้ายมักจะเป็นต้นทุนวัสดุหลายเท่า ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของชิ้นส่วนและความต้องการหลังการประมวลผล

ทําไมมันถึงยังคุ้มค่ากับการลงทุน

• วัสดุที่มีน้ําหนักเบาและมีความแข็งแรงสูงช่วยลดน้ําหนักเครื่องบินประหยัดเชื้อเพลิงและขยายระยะทางส่งผลให้ประหยัดต้นทุนการดําเนินงานในระยะยาว
• ความเข้ากันได้ทางชีวภาพของ Titanium และความยืดหยุ่นในการออกแบบของการพิมพ์ 3 มิติช่วยให้รากฟันเทียมเหมาะกับผู้ป่วยแต่ละรายได้ดียิ่งขึ้นปรับปรุงผลการผ่าตัดและลดความจําเป็นในการผ่าตัดแก้ไข
• โลหะผสมไททาเนียมมีความต้านทานความล้าที่อุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม จึงเหมาะอย่างยิ่งสําหรับชิ้นส่วนสําคัญในเครื่องยนต์ไอพ่น โครงสร้างขีปนาวุธ และส่วนประกอบการแข่งรถ

การพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียมไม่ได้เป็นเพียงวิธีการผลิตเท่านั้น แต่ยังเป็นแรงผลักดันในการเพิ่มประสิทธิภาพและอิสระในการออกแบบ

สําหรับอุตสาหกรรมที่มีสภาพแวดล้อมที่เรียกร้องข้อกําหนดที่กําหนดเองหรือเป้าหมายด้านน้ําหนักเบาที่เข้มงวดคุณค่าที่ส่งมอบในด้านประสิทธิภาพของวัสดุการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างและประสิทธิภาพการดําเนินงานมีมากกว่าต้นทุนเริ่มต้น

ความท้าทายของการพิมพ์ 3 มิติ: อุปสรรคทางเทคนิคที่อยู่เบื้องหลังประสิทธิภาพสูง

ขาดมาตรฐานและการรับรองที่เป็นหนึ่งเดียว

ปัจจุบันมาตรฐานสําหรับการรวมไททาเนียมเข้ากับการผลิตแบบเติมแต่งยังด้อยพัฒนา สิ่งนี้ก่อให้เกิดอุปสรรคในอุตสาหกรรมที่มีความเสี่ยงสูง เช่น การบินและอวกาศและการแพทย์

ตัวอย่างเช่น Boeing ร่วมมือกับ Oerlikon ตั้งแต่ปี 2018 เพื่อทํางานเกี่ยวกับการสร้างมาตรฐานการพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียม โดยมีเป้าหมายเพื่อให้เป็นไปตามข้อกําหนดด้านความปลอดภัยในการบินของ FAA (Federal Aviation Administration) และ DoD (Department of Defense)

ผงไทเทเนียมราคาสูง

ผงไทเทเนียมสําหรับการพิมพ์ 3 มิติต้องมีความบริสุทธิ์สูง เป็นทรงกลมที่ดีเยี่ยม และการกระจายขนาดอนุภาคที่สม่ําเสมอ การผลิตต้องใช้พลังงานสูงและการควบคุมที่เข้มงวด ทําให้ราคาอยู่ในระดับสูง ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 300-600 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม

การควบคุมอุณหภูมิที่ซับซ้อนและการจัดการความร้อน

ด้วยจุดหลอมเหลว 1668°C ไทเทเนียมจึงต้องการการควบคุมความร้อนที่แม่นยําระหว่างการพิมพ์

การป้อนความร้อนที่ไม่เหมาะสมอาจทําให้เกิดความเครียดภายใน การบิดเบี้ยว หรือการแตกร้าว ซึ่งอาจส่งผลต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้างและอายุการใช้งานอย่างรุนแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสําหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศและรากฟันเทียม

ความยากลําบากในการเผาผนึกและความหนาแน่นสม่ําเสมอ

สมรรถนะเชิงกลของชิ้นส่วนไทเทเนียมขึ้นอยู่กับความสม่ําเสมอและความหนาแน่นที่ทําได้ระหว่างการเผาผนึกหรือการหลอมเหลว

ความพรุน การรวม หรือความไม่สอดคล้องกันของโครงสร้างจุลภาคอาจนําไปสู่ความเข้มข้นของความเค้นและจุดล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิมพ์รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน

ความท้าทายในการออกแบบและถอดโครงสร้างรองรับ

การพิมพ์ไทเทเนียม 3 มิติมักต้องการโครงสร้างรองรับที่แข็งแรงและซับซ้อนเพื่อป้องกันการยุบตัวหรือการบิดเบือนภายใต้อุณหภูมิสูง

หลังจากพิมพ์แล้วต้องถอดส่วนรองรับเหล่านี้ออกด้วยความแม่นยําโดยไม่ทําให้ชิ้นส่วนเสียหายซึ่งเป็นความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นในกระบวนการโดยรวม

ภาพรวมของซัพพลายเออร์ผงไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียม

Chalco ไทเทเนียม

ซัพพลายเออร์ไทเทเนียมชั้นนําในประเทศจีน Chalco ไทเทเนียม กําลังขยายธุรกิจผงโลหะผสมไทเทเนียมสําหรับการผลิตสารเติมแต่ง

มีวัสดุไทเทเนียมทั้งระดับอุตสาหกรรมและระดับการบินและอวกาศ รองรับการพัฒนาโลหะผสมแบบกําหนดเอง และให้การจัดหาจํานวนมากที่คุ้มค่า ซึ่งให้บริการตลาดการบินและอวกาศ การแพทย์ และยานยนต์ทั่วโลก ใบเสนอราคาด่วน

เทคโนโลยีช่างไม้

นําเสนอผงโลหะผสม Ti-6Al-4V ELI (เกรด 23) เกรดทางการแพทย์และการบินและอวกาศพร้อมระบบการรับรองที่เป็นที่ยอมรับ ให้บริการผู้ผลิตรากฟันเทียมทางการแพทย์ ออร์โธปิดิกส์ และอุปกรณ์ทันตกรรมอย่างกว้างขวาง

ไอเพอริออนเอ็กซ์

ซัพพลายเออร์ในสหรัฐอเมริกาที่มุ่งเน้นการรีไซเคิลไทเทเนียมอย่างยั่งยืน พัฒนาผงไทเทเนียมที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสําหรับการพิมพ์ 3 มิติ เพื่อส่งเสริมโซลูชันการผลิตสารเติมแต่งคาร์บอนต่ํา

แซนด์วิก / ออสเปรย์

ให้ผง Osprey Ti-6Al-4V เกรด 5 และเกรด 23 ที่ผ่านการรับรองพร้อมการควบคุมแบทช์ที่สม่ําเสมอ ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานด้านการบินและอวกาศและการแพทย์

AP&C (Colibrium Additive, ส่วนหนึ่งของ GE Additive)

ผู้นําที่ได้รับการยอมรับทั่วโลกในด้านการทําให้เป็นละอองของผงไทเทเนียม ผลิตภัณฑ์ของบริษัทรองรับกระบวนการผลิตสารเติมแต่งทั้งเลเซอร์และลําแสงอิเล็กตรอน

บริการพิมพ์ไทเทเนียม 3 มิติ

สําหรับธุรกิจส่วนใหญ่หรือผู้ใช้รายบุคคล การซื้อเครื่องพิมพ์ 3 มิติโลหะราคาสูงเพื่อผลิตชิ้นส่วนไทเทเนียมนั้นไม่สามารถทําได้ โชคดีที่ขณะนี้มีบริการการพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียมของบุคคลที่สามที่ครบถ้วนมากมายเพื่อส่งมอบชิ้นส่วนโลหะคุณภาพสูงอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ

เมื่อเลือกบริการการพิมพ์ สิ่งสําคัญคือต้องยืนยันประเภทของโลหะผสมไทเทเนียมที่มีให้ (เช่น Ti-6Al-4V หรือไทเทเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์) เกรดเฉพาะบางเกรด เช่น รุ่น CP-Ti หรือ ELI อาจต้องมีคําสั่งซื้อที่กําหนดเองหรือระยะเวลารอคอยสินค้าเพิ่มเติม

ตัวอย่างเช่น บนแพลตฟอร์มการผลิตตามความต้องการที่ได้รับการยอมรับทั่วโลก Craftcloud ผู้ใช้สามารถอัปโหลดไฟล์ CAD เลือกไทเทเนียมเป็นวัสดุ และรับใบเสนอราคาทันทีจากพันธมิตรด้านการผลิตต่างๆ จากนั้นผู้ใช้สามารถเลือกผู้ให้บริการตามราคา ระยะเวลารอคอยสินค้า หรือสถานที่ตั้ง

ปัจจุบัน ผู้ผลิตอุปกรณ์ชั้นนํา เช่น 3D Systems, EOS และ SLM Solutions รวมถึงซัพพลายเออร์ผง เช่น Sandvik และ Carpenter Additive ก็ให้บริการพิมพ์ไทเทเนียมแบบกําหนดเองเช่นกัน บริการเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมที่มีความต้องการสูง เช่น การแพทย์ การบินและอวกาศ ยานยนต์ และเครื่องมือ

คําถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียม

ไทเทเนียมพิมพ์ 3 มิติแข็งแรงแค่ไหน?

ความแข็งแรงของมันสามารถจับคู่ชิ้นส่วนปลอมแปลงทําให้เหมาะสําหรับส่วนประกอบโครงสร้างที่มีภาระสูง

วัสดุใดบ้างที่ไม่สามารถพิมพ์ 3 มิติได้?

โลหะและวัสดุคอมโพสิตที่มีปฏิกิริยาสูงบางชนิดยังคงท้าทายสําหรับการพิมพ์ 3 มิติเชิงพาณิชย์และยังไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย

เส้นใยเครื่องพิมพ์ไทเทเนียม 3 มิติคืออะไร?

เป็นเส้นใยโพลีเมอร์ที่ผสมด้วยผงไทเทเนียมที่ใช้ในเครื่องพิมพ์โลหะชนิด FDM

การพิมพ์ 3 มิติไทเทเนียมทํางานอย่างไร

ใช้เลเซอร์หรือลําแสงอิเล็กตรอนเพื่อหลอมผงไททาเนียมหรือลวดทีละชั้นเพื่อสร้างชิ้นส่วน

ผงไทเทเนียมการพิมพ์ 3 มิติคืออะไร?

เป็นผงโลหะผสมไทเทเนียมทรงกลมที่มีความบริสุทธิ์สูงที่ผลิตขึ้นเป็นพิเศษสําหรับการผลิตแบบเติมแต่ง