ขอบเขตการใช้งานและแนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไทเทเนียม

 การพิมพ์ 3 มิติ (3DP) เป็นเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วประเภทหนึ่ง หรือที่เรียกว่าการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ [1] ขึ้นอยู่กับไฟล์โมเดลดิจิทัลและใช้วัสดุกาว เช่น ผงโลหะหรือพลาสติกในการพิมพ์ทีละชั้น เทคนิคการสร้างวัตถุในลักษณะ โดยทั่วไปการพิมพ์ 3 มิติทำได้โดยใช้เครื่องพิมพ์วัสดุเทคโนโลยีดิจิทัล

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ในฐานะเทคโนโลยีการพิมพ์โลหะที่สำคัญ เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไททาเนียมมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวาง บทความนี้จะหารือเกี่ยวกับการใช้งานและแนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไทเทเนียมในการบินและอวกาศ การดูแลสุขภาพ การผลิตรถยนต์ การวางแผนสถาปัตยกรรม การผลิตสินค้าอุปโภคบริโภค การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการสร้างต้นแบบ และการปรับแต่งเฉพาะบุคคล

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติปรากฏขึ้นในช่วงกลาง-1990 และเป็นอุปกรณ์สร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วล่าสุดที่ใช้เทคโนโลยี เช่น การบ่มด้วยแสงและการเคลือบกระดาษ หลักการทำงานของมันเหมือนกับการพิมพ์ทั่วไป เครื่องพิมพ์เต็มไปด้วย "วัสดุการพิมพ์" เช่น ของเหลวหรือผง หลังจากเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์แล้ว "วัสดุการพิมพ์" จะถูกซ้อนทับทีละชั้นผ่านการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ และสุดท้ายพิมพ์เขียวบนคอมพิวเตอร์ก็กลายเป็นวัตถุทางกายภาพ เทคโนโลยีการพิมพ์นี้เรียกว่าเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ 3 มิติ

                                                                                          ด้านการแพทย์

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไทเทเนียมยังใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาการดูแลสุขภาพ ด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไททาเนียม ทำให้สามารถผลิตการปลูกถ่ายทางการแพทย์ที่ปรับแต่งตามความต้องการ เช่น กระดูก ลิ้นหัวใจ และกระดูกสันหลังได้ การปลูกถ่ายเหล่านี้สามารถปรับให้เข้ากับความต้องการทางกายภาพของผู้ป่วยได้ดีขึ้นและปรับปรุงประสิทธิภาพการรักษา ในอนาคต ด้วยการปรับปรุงความเข้ากันได้ทางชีวภาพและฤทธิ์ทางชีวภาพ เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไททาเนียมจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในด้านการรักษาพยาบาล

　ไทเทเนียมเรียกว่าโลหะ "ไบโอฟิลิก" มีข้อดีของการไม่เป็นพิษและไม่เป็นอันตราย ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อนสูง มีความแข็งแรงสูง ความหนาแน่นต่ำ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี ฯลฯ และโมดูลัสยืดหยุ่นนั้นใกล้เคียงกับเนื้อเยื่อแข็งของมนุษย์ สาขาโลหะทางการแพทย์ครอบครองพื้นที่ "ครึ่งหนึ่งของประเทศ" ปัจจุบันเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไททาเนียมใช้เป็นหลักในด้านศัลยกรรมกระดูกและทันตกรรม

                                                                                   สาขาการบินและอวกาศ

     เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไทเทเนียมมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในสาขาการบินและอวกาศ ด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D ทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนการบินและอวกาศที่มีน้ำหนักเบา ทนทานต่ออุณหภูมิสูงกว่า และทนทานต่อการกัดกร่อนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น การผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างเครื่องบิน ลำตัว ปีก ฯลฯ สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องบินและลดต้นทุนได้ ในอนาคต ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติของโลหะผสมไททาเนียมจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในด้านการบินและอวกาศ

                                                                               สนามต้นแบบและแม่พิมพ์

      การพิมพ์ 3 มิติยังมีข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใครในด้านการสร้างต้นแบบและแม่พิมพ์ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการผลิตแบบเดิม การพิมพ์ 3 มิติจะถูกควบคุมโดยคอมพิวเตอร์ และสามารถควบคุมขนาดได้อย่างเข้มงวดตามแบบซอฟต์แวร์สามมิติ สำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อน ไม่มีข้อจำกัดเส้นทางการผลิต ซึ่งสามารถลดเวลาการเตรียมแบบจำลองและแม่พิมพ์ได้อย่างมาก ปรับปรุงความแม่นยำและคุณภาพของแบบจำลอง และประหยัดเวลาและเงินได้มาก

                                                                  แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะผสมไทเทเนียม

 ในฐานะเทคโนโลยีการผลิตที่ล้ำสมัย เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติของโลหะผสมไททาเนียมผสมผสานการออกแบบและการผลิตเข้าด้วยกัน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางจากทุกสาขาอาชีพ และได้แสดงให้เห็นการใช้งานที่หลากหลายในสาขาเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น การบินและอวกาศ การป้องกันประเทศและการทหาร ชีวการแพทย์ และรถไฟความเร็วสูงในรถยนต์ อย่างไรก็ตาม แนวโน้มเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการผลิตแบบดั้งเดิมที่เริ่มต้นช้า ประวัติการพัฒนามีเพียงประมาณ 30 ปีเท่านั้น ยังมีช่องว่างขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับประเทศที่ก้าวหน้าในโลก เช่น ประสิทธิภาพการขึ้นรูปของชิ้นส่วนโลหะผสมไททาเนียมต่ำ และความแม่นยำยังไม่ถึงความแม่นยำสูง ต้นทุนการเตรียมระดับ อุปกรณ์ และวัสดุอยู่ในระดับสูง และปัญหาต่างๆ เช่น การใช้งานในอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ยังไม่เกิดขึ้นจริง โดยเฉพาะการปราบปรามข้อบกพร่องในชิ้นส่วนที่ขึ้นรูป ปัจจุบันการวิจัยข้อบกพร่องในกระบวนการขึ้นรูปชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ทรงกลม รอยแตก รูพรุน และการเสียรูปบิดเบี้ยวในประเทศของเรายังอยู่ในขั้นตอนเบื้องต้นและยังมีงานวิจัยที่ต้องทำอีกมาก อย่างเร่งด่วน

(1) ในแง่ของวัสดุ พัฒนาอุปกรณ์การผลิตใหม่และกระบวนการเตรียมผงโลหะผสมไทเทเนียมทรงกลมเพื่อปรับปรุงคุณภาพของผงโลหะผสมไทเทเนียม (ขนาดอนุภาค สภาพทรงกลม ความลื่นไหล ก๊าซรวม ฯลฯ) ซึ่งจะช่วยปรับปรุงโครงสร้างและกลไกของ ประสิทธิภาพของชิ้นส่วน นอกจากนี้ ต้นทุนยังลดลงด้วยการเพิ่มผลผลิตของผงและการรีไซเคิลและการนำผงกลับมาใช้ใหม่

(2) ในแง่ของอุปกรณ์ ในด้านหนึ่ง ควรปรับปรุงประสิทธิภาพการขึ้นรูป ความแม่นยำในการขึ้นรูป และราคาของอุปกรณ์ ในทางกลับกัน อุปกรณ์การพิมพ์ระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ควรได้รับการพัฒนาเพื่อค่อยๆ ตระหนักถึงการผลิตและการใช้งานขนาดใหญ่

(3) ในแง่ของการตรวจสอบ ด้วยการพัฒนาชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติในทิศทางของขนาดใหญ่ ซับซ้อน และแม่นยำ วิธีการตรวจสอบแบบไม่ทำลายแบบดั้งเดิมหลายวิธีมีจุดบอด และจำเป็นต้องพัฒนาเทคโนโลยีการตรวจสอบแบบไม่ทำลายใหม่ ผ่านการตรวจสอบออนไลน์เพื่อติดตามเนื้อเยื่อและข้อบกพร่องแบบเรียลไทม์ เทคโนโลยีเป็นหนึ่งในทิศทางการวิจัยที่สำคัญในอนาคต นอกจากนี้ การสร้างและปรับปรุงมาตรฐานการทดสอบแบบไม่ทำลายยังเป็นพื้นฐานสำหรับการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติในวงกว้าง

(4) ในแง่ของกระบวนการ ปรับปรุงกระบวนการของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D ให้เหมาะสมยิ่งขึ้น ลดข้อบกพร่องในกระบวนการขึ้นรูป และปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูป ประเด็นสำคัญ เช่น วิวัฒนาการของความเครียดภายในชิ้นส่วนระหว่างกระบวนการขึ้นรูป พฤติกรรมการเสียรูปและการแตกร้าว และกลไกการสร้างข้อบกพร่อง ยังคงเป็นประเด็นที่ต้องได้รับการศึกษาในอนาคต