3D打印技術(shù)從20世紀(jì)90年代開始出現(xiàn)，其發(fā)展的基礎(chǔ)是高能量熱熔覆技術(shù)和快速原型技術(shù)，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，不用經(jīng)過各種刀具的切割和多種繁用3D打印技術(shù)制造的鈦合金零部件，強(qiáng)度非常高，尺寸精確，其機(jī)械性能優(yōu)于鍛造工藝。鈦合金因其良好的生物相容性及優(yōu)異的機(jī)械性能，最主要的應(yīng)用即為生物醫(yī)用材料、航空航天、精密儀器等。
鈦合金材料在3D打印材料中的具有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)
1.比強(qiáng)度高。鈦合金的密度僅為鋼的60%，純鈦的強(qiáng)度接近普通鋼的強(qiáng)度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制造出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)量輕的零部件。目前飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
2.熱強(qiáng)度高。鈦合金的使用溫度比鋁合金高幾百度，可在450℃～500℃的溫度下長期工作。而鋁合金的工作溫度則在200℃以下。
3.抗蝕性好。鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼，對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)。
4.低溫性能好。鈦合金在低溫下仍能保持其力學(xué)性能。比如TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。
鈦合金3D打印技術(shù)在醫(yī)療器具中的應(yīng)用
現(xiàn)代醫(yī)療中，鈦合金技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，如人工關(guān)節(jié)。隨著醫(yī)療水平的提高，人們對(duì)于人工關(guān)節(jié)或者其他的復(fù)合材料在身體中的應(yīng)用也提出更高要求，這些應(yīng)用于人體的材料應(yīng)有更好的接觸性和相容性，同時(shí)還應(yīng)完成相應(yīng)的功能。鈦合金3D打印技術(shù)生產(chǎn)的人工關(guān)節(jié)確保關(guān)節(jié)具有良好的耐磨界面，同時(shí)能夠很好地與骨組織進(jìn)行容和，提高人工關(guān)節(jié)的質(zhì)量和醫(yī)療水平。
中國“3D打印鈦合金組配式人工半骨盆假體”實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化
北京大學(xué)人民醫(yī)院骨腫瘤科郭衛(wèi)教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的通用骨盆環(huán)重建系統(tǒng)“3D打印鈦合金組配式人工半骨盆假體”在2021年2月下旬在北京實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，幫助惡性骨盆腫瘤患者術(shù)后有尊嚴(yán)地站立行走。
澳科研機(jī)構(gòu)研發(fā)出3D打印鎳鈦合金血管支架
澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織近日發(fā)布公報(bào)說，該機(jī)構(gòu)科研人員研發(fā)出一種自膨型3D打印血管支架，可以根據(jù)患者血管特點(diǎn)定制，從而更好地治療外周動(dòng)脈狹窄等疾病。研究人員認(rèn)為，根據(jù)患者特點(diǎn)定制的3D打印鎳鈦合金血管支架，可更好地幫助患者恢復(fù)健康。醫(yī)生可以在醫(yī)院等現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)打印出這種血管支架，還可以節(jié)約庫存支架等方面的費(fèi)用。
鈦合金3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
3D打印技術(shù)最早于2001年開始應(yīng)用于美國的艦載殲擊機(jī)中，通過鈦合金3D打印技術(shù)生產(chǎn)出飛機(jī)的承力結(jié)構(gòu)件并應(yīng)用于航空生產(chǎn)。2011年英國的南安普頓大學(xué)通過3D打印技術(shù)生產(chǎn)出包括無人機(jī)的機(jī)翼、控制面板和艙門的整體框架。2012年之后，鈦合金3D打印技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用取得前所未有的發(fā)展，鈦合金部件不僅在飛機(jī)制造中得到廣泛的應(yīng)用，并且新型的鈦合金材料開始在火箭、航天飛機(jī)等航天設(shè)備中得到應(yīng)用。
全球最大3D打印鈦合金火箭七天就能造出一枚
2019年底，在德國法蘭克福舉行的全球最大3D打印貿(mào)易展上，Titomic展出其制造的一枚5.5米高的鈦合金火箭，這是目前全球最大的3D打印鈦合金火箭。這枚火箭是昆士蘭Gilmour Space技術(shù)公司制造的27米火箭的縮小版模型，整體制造完成只用了27.6小時(shí)。
TITOMIC開發(fā)出“最大”的3D打印鈦合金無人機(jī)
澳大利亞金屬3D打印機(jī)制造商Titomic開發(fā)了據(jù)稱最大的3D打印無人機(jī)（UAV）。1.8米（直徑）鈦合金無人機(jī)是使用Titomic Kinetic Fusion（TKF）創(chuàng)建的，該公司的專利增材制造工藝符合軍用標(biāo)準(zhǔn)。
3D打印3.07米高鈦合金材質(zhì)C919中央翼緣條
在C919的設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段，中央翼緣條的成功試制貢獻(xiàn)巨大，傳統(tǒng)工藝6個(gè)月才能完成的制造工作，用金屬3D打印技術(shù)耗時(shí)僅僅5天，并且一次成形，一次成功，金屬原料鈦合金涂層粉末，更是幾乎沒有半點(diǎn)浪費(fèi)。金屬3D打印出的蜂窩狀金屬結(jié)構(gòu)體，因良好的力學(xué)性能，輕量化、拓?fù)鋬?yōu)化的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于對(duì)材料要求極其嚴(yán)苛的航空航天航發(fā)領(lǐng)域。比如，替代傳統(tǒng)技術(shù)所生產(chǎn)的機(jī)翼、機(jī)身材料，在堅(jiān)固結(jié)實(shí)的同時(shí)，大大地減輕航空航天器材自重，設(shè)計(jì)人員就無需再經(jīng)常為減重而不得不犧牲飛機(jī)性能，犧牲武器掛載。目前航空航天航發(fā)領(lǐng)域打印的兩萬余件零部件，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功能提升的同時(shí)，均實(shí)現(xiàn)了整體結(jié)構(gòu)減重，最高減重超過60%。
鈦合金增材制造技術(shù)的分析和未來趨勢(shì)
隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，鈦合金3D打印技術(shù)會(huì)在工程材料的各個(gè)方面得到應(yīng)用。鈦合金3D打印技術(shù)生產(chǎn)的鈦合金完全可以替換傳統(tǒng)鈦合金材料。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鈦合金材料的應(yīng)用范圍將不僅僅局限于航空航天、國防和醫(yī)療衛(wèi)生方面，鈦合金3D打印技術(shù)也會(huì)不斷的完善和發(fā)展。鈦合金3D打印技術(shù)才剛開始，他的發(fā)展還需要不斷改進(jìn)和完善，需要科研院校和機(jī)構(gòu)的共同努力。鈦合金3D打印技術(shù)必向著生產(chǎn)復(fù)雜化、高精度化、大型化以及低成本的方向發(fā)展。同時(shí)，3D打印技術(shù)也會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的快速化，促進(jìn)我國制造業(yè)的快速發(fā)展，大力提高我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。