Il titanio è una scelta eccellente per la stampa 3D grazie al suo rapporto forza-peso, alle proprietà meccaniche uniche e all'eccellente resistenza alla corrosione. Tuttavia, è un metallo relativamente costoso e difficile da convertire in un pezzo finito a causa del suo elevato punto di fusione, che lo rende meno conveniente per molte applicazioni. È quindi importante assicurarsi che i materiali utilizzati siano della massima qualità. Oltre alla qualità, le proprietà non corrosive del titanio lo rendono un materiale ideale per la stampa 3D.

Il processo di stampa 3D di parti in titanio è in gran parte uguale a quello per la produzione di altri metalli, ma ci sono alcune limitazioni. Ad esempio, il titanio non può essere unito come l'acciaio e quindi le dimensioni e la forma del pezzo finito sono limitate. Sebbene sia possibile stampare in 3D parti in titanio, non è consigliabile utilizzare questo processo per componenti molto grandi. Inoltre, gli oggetti con forme o bordi angolari multipli non sono adatti alla stampa 3D con il processo a letto di polvere. La stampa 3D può contribuire ad aumentare l'efficienza del processo e può essere utilizzata per varie applicazioni nei settori automobilistico, aerospaziale e medico. Ecco alcune applicazioni tipiche del titanio utilizzato per la stampa 3D.

Articolazione sacroiliaca stampata in titanio3D

IFuse-3D di SI-Bone, un'azienda californiana di dispositivi medici, è il primo impianto in titanio stampato in 3D per l'articolazione sacroiliaca (SI). Nel 2017, l'azienda ha già annunciato il lancio commerciale dell'impianto stampato in 3D negli Stati Uniti. L'articolazione sacroiliaca, situata tra l'osso sacro e la cresta iliaca del bacino, è responsabile del 15-30% delle lombalgie croniche.

Con l'impianto IFuse-3D approvato dalla FDA, Si-Bone lancia il primo impianto stampato in 3D per la fusione dell'articolazione SI. Secondo la presentazione, gli impianti IFuse-3d sono realizzati con un processo di stampa 3D proprietario. Il processo produce un design poroso unico e brevettato e una superficie porosa migliorata che imita la struttura trabecolare dell'osso cancelloso.

Grazie a un'esclusiva struttura in titanio stampata in 3D, gli impianti IFusE-3D offrono le condizioni giuste per promuovere tutti gli aspetti della crescita ossea. Si basa sull'impianto iFuse originale, approvato da diverse pubblicazioni e utilizzato in 26.000 interventi dal 2009.

Piastra Bone Tether con stampa 3D in titanio

Il 2 febbraio 2015 MedShape, un'azienda medico-meccanica specializzata in protocolli e tecniche chirurgiche per la medicina dello sport, la fusione articolare e i prodotti per i traumi muscolo-scheletrici, ha ricevuto l'autorizzazione 510 (k) dalla Food and Drug Administration (FDA) per la sua Bone Tether Plate. La Bone Tether Plate, uno dei componenti principali del sistema di correzione FastForward, è stata stampata in 3D da MedShape utilizzando una lega di titanio di grado medico (TI-6AL-4V). L'uso della tecnologia di stampa 3D consente a MedShape di progettare prodotti con strutture complesse che assomigliano ai componenti ossei umani esistenti. Grazie a questa tecnica, i pazienti affetti da bunioni potranno impiantare placche in titanio stampate in 3D per proteggere meglio le strutture ossee esistenti. Data l'alta incidenza di bunions negli adulti, ciò significa che presto molte persone potrebbero andare in giro con "ossa di titanio stampate in 3D".

In passato, l'approccio chirurgico tradizionale consisteva nel tagliare, trapanare, riallineare e fondere il primo metatarso o l'articolazione cuneiforme metatarsale al secondo osso metatarsale. Sebbene questo tipo di intervento possa alleviare alcuni sintomi, è spesso accompagnato da un lungo periodo di recupero e da complicazioni associate, tra cui la non unione dell'osso, la necrosi ischemica e l'accorciamento dell'arto. Oggi, la banda di sutura della Bone Tether Plate si aggancia in modo sicuro e stabile al secondo osso metatarsale senza perforazione, ottenendo una corrispondenza anatomica con la struttura ossea esistente senza richiedere una perforazione eccessiva e distruttiva.

Razzi in titanio stampati in 3D

Da Titomic, Australia. Il razzo stampato in 3D è stato costruito a Melbourne con il TKF 9000, il sistema di produzione additiva di metalli più grande e veloce al mondo, che utilizza il processo Titomic Kinetic Fusion (TKF) di derivazione CSIRO. La costruzione ha richiesto meno di 28 ore. Il razzo in titanio stampato in 3D, una versione in scala del razzo ERIS-S di Gilmour Space, è il più grande razzo in titanio stampato in 3D al mondo, con una lunghezza di circa 5,5 metri.

Titommic afferma di essere in grado di costruire un razzo spaziale completo in 165 ore, utilizzando titanio e altre superleghe economiche e ad alte prestazioni che normalmente richiedono anni per la costruzione di razzi di queste dimensioni e materiali.

Bicicletta con stampa 3D in titanio

Quando Ralf Holleis ha mostrato per la prima volta le sue auto Lindo in acciaio stampato in 3D, l'approccio high-tech è stato quello di realizzare i triangoli anteriori e posteriori e l'involucro con il tradizionale acciaio Renault 953, Columbus Zona, 17-4PH o 316L. Il telaio stampato è lucido e la struttura è completamente diversa dalla forma aerodinamica di un'auto con telaio in acciaio tradizionale.

Questa volta, tutti i manicotti sono realizzati in lega TI-6AL-4V e in leghe di titanio Grado9 e Grado2 rispettivamente per i triangoli anteriori e posteriori. Il fornitore dei tubi in titanio è la nota Dedacciai. Perché il titanio? Il titanio permette a Ralf di ridurre significativamente il peso senza utilizzare la fibra di carbonio. L'intero telaio ha perso un chilogrammo intero, passando da 3,6 kg a 2,6 kg. Il telaio è stato costruito da Mathia Scherer di Mawis Bikes, che costruisce telai in titanio da 10 anni. Oltre ai vantaggi in termini di peso, Ralf ritiene che il titanio sia meno costoso della fibra di carbonio per la stampa 3D e che sia anche più rinnovabile. Infine, la resistenza alla corrosione della lega di titanio permette a Ralf di sbizzarrirsi con l'anodizzazione e la sabbiatura delle superfici delle biciclette.

La lega di titanio ha eccellenti proprietà meccaniche, è leggera, ha resistenza alla corrosione e buona biocompatibilità, ed è anche ampiamente utilizzata nel campo della chirurgia orale e maxillo-facciale. Le placche in titanio e in lega di titanio, le maglie in titanio, le viti di fissaggio e le protesi artificiali possono riparare i difetti ossei maxillo-facciali. A causa della complessa struttura fisiologica della mascella, la tecnologia tradizionale non è in grado di preparare con precisione una protesi in lega di titanio che corrisponda alla morfologia e alle caratteristiche biomeccaniche dell'area del difetto e possa completare la riparazione della protesi. Pertanto, spesso si verificano alcune complicazioni postoperatorie che portano al fallimento della riparazione. Come protesi di tessuto osseo, le proprietà del titanio e delle leghe di titanio sono strettamente correlate alla loro stabilità, sicurezza e capacità osteogenica dopo l'impianto. In pratica, la stampa 3D è adatta per piccole aree e strutture di riparazione complesse e personalizzate, soprattutto per i difetti ossei craniomaxillofacciali con forma e interno altrettanto complessi.

Il costo della polvere di titanio per la stampa 3D è uno dei fattori chiave da considerare nello sviluppo di una stampante 3D. Il costo per pezzo dipenderà dalle dimensioni del modello, dalla complessità del progetto e dal processo di finitura. Sebbene i materiali speciali siano costosi e difficili da produrre, esistono diverse impostazioni e processi che possono migliorare la qualità del pezzo stampato. Ad esempio, la ricottura di un materiale può migliorarne la resistenza alla trazione, la rigidità e la resistenza al calore. Questo processo è stato a lungo utilizzato nell'industria manifatturiera, ma può essere impiegato anche nella stampa 3D.