近期歐美增材制造技術在鈦行業的應用概況


前言
近年來,增材制造技術(3D打?。┰詬饜幸檔撓τ貌歡賢卣?。從全球來看增材制造技術的行業應用主要分布于消費、醫療、航空航天、科研等領域【1】。圖1為增材制造技術在各行業的應用分布。2016年,增材制造技術使應用于航空航天、生物醫學、汽車和工業的鈦、鋁成本下降50%,鋼鐵制造成本下降30%,使鈷、鉻和鎳的應用擴大了五倍。增材制造粉末市場銷售額30億美元,年復合增長率超過25%。在近期發布的行業報告中稱,增材制造技術2014年收益為40億美元,到2020年收益將達到230億美元。
歐美地區增材制造技術在鈦行業的應用主要分布在航空航天、國防及醫療領域

1.航空航天領域
3D打印技術在航空航天領域應用空間極大,主要應用包括:無人飛行器的結構件加工;特殊加工、組裝工具的生產;渦輪葉片、擋風窗體框架、旋流器等零部件的加工。但目前為止,飛機批量裝備3D打印零件的案例還很少,尤其是大型結構件和承力部件。
由增材制造技術生產的金屬零件具備“輕量化”和“高強度”。這一直是航空航天領域對于未來器械設備制造的要求。比如,由激光快速成型技術打造的一次成型鈦合金的承力能力比普通鍛造、焊接強上近30%。由于航空航天設備所需要的零部件往往都是一些需要單件定制的小部件,傳統工藝生產周期長且成本高,而增材制造技術低成本快速成型的特點則能很好地彌補這一問題。傳統技術在生產零件過程中會造成許多不必要的損耗,對于復雜產品,有時原材料利用率僅有不到10%,而增材制造技術則能很好的利用原材料,利用率高達90%。增材制造降低了飛機的采購質量與飛行質量(buy-to-fly)的比值,與傳統機加方式相比廢料大幅減少。原本需要52周的加工周期可減少至25周。
據估計,到2023年增材制造每年在航空航天市場可產生的價值約為12億英鎊(18億美元)。
1.1英國TiPOW項目
2015年4月底,有政府背景的英國機構出資310萬英鎊,與多家科研機構簽署了一項為期三年的合作研究協議,共同研究 “鈦粉凈形部件制造”(TiPOW)項目。該項目致力于鈦粉末的研發。據了解,項目的出資方是英國航天技術研究所和英國技術戰略委員會(Innovate UK)。主持該項目研究的是吉凱恩航空公司(GKN Aerospace)及其下屬的GKN粉末冶金事業部。其它參與此項目的機構還包括英國鳳凰科技產業、英國Metalysis公司以及英國利茲大學(University of Leeds)。Metalysis公司將使用電解技術直接從金紅石生產出鈦粉末,以降低鈦金屬粉末的生產成本。鈦粉末通過增材制造方式制造航空航天用鈦零部件。
為了能夠符合航空航天業的應用需求,這些零部件還將通過嚴格的標準審核。通過合作研發鈦合金和粉末,TiPOW項目的企業合作伙伴將致力于打造最適合應用于增材制造的材料,并探索金屬材料的回收和再利用。
除此之外,吉凱恩航空公司還發起了另一個增材制造項目——Horizon。該項目匯集了包括英國航天技術研究所在內的歐洲和北美五大研發中心,共同致力于開發由增材制造衍生出的制造技術。
1.2歐洲航天局
歐洲航天局正在積極研究使用增材制造技術制造航天器、飛機、甚至核聚變的金屬部件。名為AMAZE(針對邁向零廢物及高效生產的高新金屬制品制造)的項目計劃在五年內完善金屬增材制造技術。
  歐空局表示新的金屬增材制造技術可以承受的溫度高達攝氏3,500℃,遠遠超過傳統使用塑料粉末的增材制造溫度極限。歐洲宇航局正在歐盟內與工業和教育的合作伙伴聯合開發大規模制造金屬的增材制造方法,最終目標是五年內完善金屬部件增材制造。
  AMAZE項目正如它名字所暗示的一樣,目標是減少浪費,降低生產成本。增材制造技術還可以幫助工程師制造傳統方法無法制造的零部件。歐洲航天局表示,這項計劃今年1月已經拉開序幕,現在的工作主要是在法國、德國、意大利、挪威和英國建立一個可靠的產業供應鏈。
1.3美國卡朋特
美國卡朋特旗下子公司卡朋特粉末產品公司(CPP)是全球最大的氣霧粉末供應商之一,金屬合金粉末注冊商標為Micro-Melt® 。公司具備工模具鋼、PM產品和冶金粉末,其中冶金粉末用于增材制造??ㄅ筇氐姆勰┎捎迷霾鬧圃旒際?,通過直接從數字設計資料生產零部件節約成本和時間。
卡朋特是美國普拉提&惠特尼(P&W)長期的金屬材料供應商。2013年,卡朋特與美國聯合技術公司(UTC)簽訂一份合約,將合資在美國阿拉巴馬州新建一個高溫合金粉末廠,該廠于2015年夏投產。此外,合約內容中還包括一旦新廠的產品獲得認證,卡朋特將為UTC旗下公司P&W提供高溫合金粉末,供貨期長達20年。
2015年10月,卡朋特宣布將在美國阿拉巴馬州新建一個鈦粉廠,以擴大其航空航天及醫療設備市場的占有率。新廠靠近卡朋特的一家特種金屬粉末廠,預計將于2018年開工。
2017年3月,卡朋特以3,500萬美元收購了Puris,后者是生產用于增材制造鈦粉末和大型商業用3D打印鈦零部件的生產商。
2017年6月,卡朋特和Samuel, Son & Co.展開戰略合作??ㄅ筇厥竊霾鬧圃斕姆勰┙鶚艉吞刂炙坎牡納?,Samuel, Son & Co.是制造、金屬加工和銷售專家,他們的合作涵蓋整個增材制造產業鏈。同一時間,Samuel, Son & Co.收購了美國Burloak Technologies公司,后者是高級設計增材制造方案供應商。兩家公司增加了新的終端增材制造生產范圍,有能力按照客戶的選擇提供相關材料、認證、設計方案,并進行生產和發貨。
同年6月,卡朋特和美國Desktop Metal Inc.建立了供應合作關系,超過20種卡朋特生產的合金被制造成高級墨盒,應用于Desktop Metal的3D打印系統。
1.4美國P&W
美國普拉提&惠特尼公司(P&W)是美國主要的飛機發動機制造商之一。2015年第二季度,公司交付了第一臺由增材制造技術生產的飛機發動機。
1.5美國洛克希德馬丁
2014年,美國洛克希德馬丁的子公司空間系統公司(SSC)從西亞基(Sciaky)購買電子束增材制造(EBAM)系統。SSC研發和制造衛星、航天探測器及導彈防御系統,計劃于2015年第二季度采用EBAM系統生產鈦油箱等零部件。據稱,早前SSC已采用增材制造技術生產航天器零部件,但規格相比采用EBAM生產的零部件規格要小。SSC稱,EBAM技術將幫助公司大幅降低材料成本、前置時間和機加時間。
西亞基根據CAD軟件中的3D模型,采用全關節、移動電子束焊槍通過金屬絲逐層熔融沉積金屬(主要是Ti6Al4V),直到該零部件達到“近凈”成形。采用傳統工藝制造出飛機用鈦油箱可能需要長達數月的前置時間。采用西亞基系統可將此時間縮短為數日。
此外,業內人士稱采用EBAM將為SSC帶來更多的靈活性,特別是在原型設計方面。SSC對新增材制造技術如何同更多傳統的制造方式相結合也十分感興趣。
1.6美國鋁業
美國鋁業(Alcoa)位于美國密歇根的分公司主要經營飛機機翼、結構鑄件和特種產品業務。由于飛機建造率不斷攀升,2015年美國鋁業計劃在該公司投資2,200萬美元生產鈦、鎳基3D打印飛機發動機零部件,投資發展熱等靜壓技術(HIP),使公司能生產最大的飛機發動機零部件。HIP包括高壓及高溫的同時應用,以創造更好的鑄造產品,如飛機發動機葉片及結構件。增材制造零部件采用粉末金屬,如鈦和鎳,通過HIP工藝制成。這些新技術預計將于2016年完成產品認證。
美國鋁業旗下子公司RTI國際金屬公司(RTI)可進行鈦、鈦合金及其它金屬基復合材料的粉末冶金。公司在馬薩諸塞州伯靈頓和俄亥俄州奈爾斯的科研及加工團隊研發高級粉末冶金及制造工藝,能滿足商業航空、飛機發動機、國防、能源及醫療設備市場近凈成形零部件需求的增長。
美國鋁業旗下子公司RTI Directed Manufacturing可利用增材制造或3D打印技術,制造鈦及其它特種金屬、塑料零部件,產品用于商業生產及模型制造。據稱,RTI Directed Manufacturing是少有的具備鈦、特種金屬,如鎳鉻超合金及鈷鉻合金增材制造技術的公司。它的主要客戶為大型航空航天及醫療設備公司,可生產螺旋槳、注射噴嘴、井下產品、手術器械等。
2015年9月,美國鋁業宣布將投資6,000萬美元擴建其位于匹茲堡的研發中心,提高其3D打印技術【2】。公司稱,擴建后的研發中心將主要關注航空航天市場,研發適用于3D打印的粉末,如新的鋁合金粉末。
2016年4月,空中客車公司宣布美國鋁業成為其商業飛機用3D打印鈦機身和發動機支架零部件的供應商。
2016年中旬,美國鋁業新建一家增材制造金屬粉末生產廠,廠址臨近匹茲堡,目前已開始運營。新廠生產鈦、鎳和鋁粉末,應用于航空航天市場。美國鋁業還利用該廠研究一種名為Ampliforge的技術,該技術是綜合了增材制造和傳統制造技術的混合技術。2016年下半年,新廠將被并入Arconi——美鋁傳統商業部分離出的下游產品部門。
2016年,美國鋁業和空中客車公司簽訂合同,將為后者供應3D打印的飛機零部件。美國鋁業將在其位于密歇根州、田納西州和匹茲堡州的三家增材制造廠為空客公司制造鈦機身和發動機掛架。此前,美國鋁業曾為波音公司提供鈦及鋁鋰零部件。美國鋁業還投資6,000萬美元擴建技術中心,用于3D打印和冶金粉末的研發及生產。在其位于密歇根的工廠,美國鋁業還投資2,200萬美元研發了新熱等靜壓(HIP)技術。
此外,美國鋁業旗下的美鋁鈦工程產品部門(前身為RTI)在美國奧斯汀地區有一家3D打印設備廠。
1.7挪威NTi
挪威的Norsk Titanium AS (NTi)是直接金屬沉積(DMD)技術的開發者和專利擁有者。該增材制造打印技術徹底改變了鈦金屬部件的制造方式,可降低70%的成本并減少90%的生產時間。NTi已取得了技術準備六級(TRL6)資格,表明該公司有能力滿足航空航天及軍工材料的要求。2015年下半年,NTi獲得美國鋁業的戰略投資,將進一步發展增材制造技術并在美國建設首家增材制造廠。NTi稱,在美國鋁業的幫助下,公司預計將在2016年第一季度實現獲得技術準備八級(TRL8)資格的目標。
2015年10月,美國鋁業和NTi簽署了諒解備忘錄,計劃展開一項聯合技術及工業合作項目,目的是確定共贏項目,為航空航天、國防、能源、汽車和海洋市場創造產品。此次合作將利用NTi的技術和美國鋁業的冶金及營銷經驗,推動3D打印直接沉積技術在全球的應用范圍。其實,早在此次合作之前,兩家公司就頗有淵源。2015年7月,RTI投資NTi,成為NTi的戰略投資者和合伙人之一,而美國鋁業也在7月底完成了對RTI的收購。
2015年11月,NTi計劃在美國建第二家增材制造廠。NTi在美國建廠的目的是欲將增材制造技術引進美國,特別是航空航天市場。NTi在美國建立的首家工廠具體區位尚未透露,但預計將于2016年進行首批零部件的交付。NTi已在進行產品測試,使其滿足航空航天級認證。預計在其航空航天類產品獲得認證后,還有可能涉足石油和天然氣、海洋和汽車行業。
2016年1月, NTi與德國飛機零部件供貨商Premium Aerotec合作,為空中客車公司的一個項目供貨。該項目旨在降低飛機制造商的成本。NTi稱,將在幾周時間里按照Premium Aerotec 3D CATIA(計算機圖形輔助三維交互應用)的文檔內容制造鈦飛機零部件,目的是降低成本,最終可為空客公司每架飛機的生產節約成本200~300萬美元。試樣材料采用航空業常用的標準Ti6Al4V合金,制造方式采用NTi的增材制造。
2016年中旬,NTi首家美國廠落戶紐約州。該廠緊鄰九月大學納米級科工理工學院(SUNY)。紐約州在2016~2017年的預算中撥給該項目1.25億美元的資金。NTi稱,新廠將采用快速等離子沉積(RPD)技術生產零部件,產品應用于航空航天、石油天然氣、海洋和汽車領域。此前,NTi已和美國康涅狄格州的Precision Holdings LLC簽訂長期供應合同。Precision Holdings將為NTi在美國提供客戶發展服務計劃。
2017年3月,NTi獲得來自波音公司的第一筆訂單,生產787夢幻號的3D打印零部件,獲得了商業飛機使用許可。此外,NTi在挪威新建了一家裝配和測試中心,以全面評估其增材制造設備。這家裝配和測試中心位于挪威城外,配備快速等離子沉積設備(RDP)。NTi稱,客戶對其增材制造技術的需求增長,公司將加快裝配和測試其Merke四代RPD設備并銷往全球。 
2017年6月,NTi稱,獲得Triangle Holdings的投資。資金將幫助其發展應用于商業航空市場的快速等離子沉積技術。Triangle是一家航空航天公司,它的投資方是Fortress Investment Group。自2011成立以來,Triangle在飛機和航空航天相關的市場投資超過12億美元。NTi稱,公司的目標是將智能生產和工業物聯網相結合。
1.8美國GE
2013年底,美國通用電氣(GE)宣布將采用增長制造技術中的選擇性激光熔化(SLM)技術為其新leap發動機生產鈦燃油噴嘴,每年大約生產40,000個。據稱,采用SLM技術生產噴嘴,生產周期可縮短三分之二,成本降低百分之五十,同時,可靠性得到了大幅提高。這批燃油噴嘴是一次成型零部件,而過去是由18個不同零部件組裝而成。
GE公司還曾依托中國西北工業大學的LSF技術制造了GE90發動機復合材料寬弦風扇葉片鈦合金進氣邊和高溫合金機閘。其中,鈦合金進氣邊長1,000mm,壁厚0.8~1.2mm,最終加工變形僅0.12mm。
    2013年底,GE舉辦“增材制造噴氣發動機支架設計探索”競賽,該比賽要求參賽者使用3D打印技術重新設計噴氣式發動機的載荷支架。冠軍得主設計的鈦合金發動機支架的重量減輕了84%。
GEnx發動機的輕質渦輪葉片使用另一種突破性的增材制造工藝。這種技術是由GE子公司Avio Aero和瑞典的Arcam公司的工程師開發的,被稱為電子束熔融或EBM,即使用電子束作為其能量源逐層融化金屬粉末。GE將采用先進的航空航天材料鈦鋁(TiAl)制造葉片。這種材料比常用于低壓渦輪葉片的鎳基合金輕50%左右。據稱,使用由鈦鋁材料制成的葉片,整個低壓渦輪機的重量可以減少20%。GE使用3千瓦的電子槍加速電子束熔化鈦鋁粉末。電子槍的功率比目前用于打印金屬零件的激光束強10倍,使得該公司能夠制造出比激光打印厚4倍以上的渦輪葉片。此外,打印速度十分快,一臺72小時內就可以生產7片低壓渦輪機的8級葉片。GE認為這將使公司在鑄造方面非常有競爭力,并稱在測試3D打印的Genx發動機葉片后,這些零部件將用于發動機GE9X。GE9X是GE為波音公司的新一代長途飛機B777X開發的新型噴氣發動機,是目前世界上最大的噴氣式發動機。
2016年中旬,GE在美國賓夕法尼亞州新建增材技術研發中心。研發中心投資3,900萬美元,未來將成為一座創新樞紐,提供培訓及研發3D打印技術服務。公司認為新研發中心將提升勞動力技術、優化生產力并增強產品的研發能力。
2017年中旬,GE和美國ATI公司宣布將合資新建一家增材制造鈦合金粉末研發試驗生產廠,研究非熔煉鈦工藝。GE研究員在2009年國際鈦協會上做了名為“非熔煉鈦在航空航天上的應用”大會報告。與常規技術相比,這種新工藝加工過程更簡單且產量更高,可省去鍛造和鈦錠熔煉過程。與采用Kroll法制造相比,采用非熔煉工藝生產的標準 Ti6Al4V航空合金零部件成本可降低50%,而且能源成本和排放量也可降低一半。
1.9 Praxair
世界領先的工業氣體供應商Praxair從2015年第三季度開始進行航天級精細球狀鈦粉的全面生產。公司能夠利用專有的霧化方法進行鈦粉的大批量生產,加速鈦金屬在3D打印的應用推廣。
1.10  Spirit Aerosystems
2016年,Spirit Aerosystems和NTi合作生產3D打印結構鈦零部件,產品應用于商業航空航天市場。
2017年,Spirit Aerosystems在美國俄克拉荷馬州創建了新加工中心,為商業及國防飛機客戶設計并制造航空結構件。公司從一家位于美國墨西哥城的工廠采購了18臺新設備,增加了軟金屬加工產能,可生產超過1,000種特殊零部件,在全球金屬制造市場獲得了競爭力。
1.11 ATI
美國阿勒格尼技術公司(ATI)對高性能特種金屬需求,特別是航空航天、汽車、3D打印行業市場需求樂觀。公司最大市場是商業航空市場,其中飛機發動機是最大的市場,特別是新一代發動機材料和配件。
ATI采用3D打印技術制造航空用發動機的新型零部件,并且在鎳基、超合金粉末及鈦粉末方面已經領先。2017年中旬,GE和ATI宣布將合作建立一個新增材制造鈦合金粉末研發試驗生產廠,研究新工藝非熔煉鈦。
1.12 Puris
2016年初,美國鈦粉末生產商Puris制造出號稱最大的3D打印零部件。Puris稱,該零部件尺寸為19*19*11英寸,重31磅。公司的增材制造廠位于美國西弗吉尼亞和匹茲堡地區。
2軍工領域
20世紀90年代軍事用鈦支出主要關注傳統的用鈦量大的裝備【3】,如戰斗機和提升防御能力的輕型車輛,還有網絡安全和無人機及?;狀鏘低澈偷賴嫉烙低車認钅?。這些武器項目不被認為是鈦材應用的主要市場,為了推廣鈦的應用,鈦行業需要利用改變鈦零部件加工方式的技術和材料,如金屬粉末及3D打印技術。2002年美國開始將激光成形鈦合金零件裝上戰機試驗。但由于無法解決制造過程中鈦合金變形、斷裂等技術難題,始終只能生產小尺寸鈦合金部件。近年,美國積極開展3D打印技術生產大型鈦合金部件的研究。美國軍方和軍工企業正與美國3D打印技術公司合作,推進大尺寸鈦合金3D打印技術在戰斗機制造上的應用。2012年,美國在重整制造業計劃中將3D打印技術列為國家重點發展的11相技術之一。
2.1殲擊機項目
第三代殲擊機中鈦合金結構件用量由F-16的約3%增加到了F/A18-ElF、蘇-27的15%以上,而第四代殲擊機F-22中鈦合金結構件用量已占機身結構總重量的41%。事實上,大型整體鈦合金結構件用量的高低已成為衡量飛機等國防裝備技術先進性的重要標志之一。
美國F-22戰機的主要承力部件是大型鑄造鈦合金框。但是零件制造時材料浪費嚴重,原料的95%都會被作為廢料切掉,而且鍛造鈦合金的尺寸受到嚴格的限制:3萬噸大型水壓機只能鍛造不超過0.8平方米的零部件,即使世界上最大的8萬噸水壓機也只能鍛造尺寸不能超過4.5平方米的零部件。普通的技術無法制造復雜的鈦合金構件,而焊接還會遇到可怕的鈦合金腐蝕現象。
激光鈦合金成形技術則完全解決了這一系列難題。由于采用疊加技術,它節約了90%的原材料,加之不需要制造專用的模具,原本相當于材料成本1~2倍的加工費用現在只需要原來的10%。加工1噸重量的鈦合金復雜結構件,粗略估計傳統工藝的成本大約是2,500萬元,而激光3D焊接快速成型技術的成本僅130萬元左右,其成本僅是傳統工藝的5%。更重要的是,許多復雜結構的鈦合金構建可以通過3D打印的方式一體成型,不僅節省了工時,還大大提高了材料強度。
122.12.1.13D Systems
美國3D Systems公司在激光熔融技術上取得重大進展。美國空軍在此基礎上開發用于F-35戰斗機和其他武器系統的3D打印機。
2.1.2波音
2000年,波音公司(Boeing)宣布采用LSF技術制造三個鈦合金零件,用于F-22和F/A-18戰斗機項目,并在2001年制定了LSF技術的美國國家標準(該標準于2011年進行了修訂)。
2.1.3美國西亞基(Sciaky)
2013年,美國的西亞基(Sciaky)公司,在賓夕法尼亞州立大學公開宣布了其突破性的技術——“創新金屬加工-直接數字化沉積”(CIMP-3D)制造(EBDM)解決方案。這項技術將被用于生產美國第五代隱形戰斗機F-35的多個零件。西亞基公司的這項技術主要是用于生產高品質金屬零部件,材料包括鈦、鉭、鉻鎳鐵合金及其他高價值金屬。據西亞基稱,很多鈦合金產品制造商都對EBDM技術感興趣。如今,EBDM技術已經參與了美國國防部的某些項目。
2.1.4美國Solid Concepts
2014年,美國3D打印公司Solid Concepts宣布用金屬粉末成功制造并測試了世界上第一支3D打印金屬槍。其問世將改變人們對3D打印產品精確或強度不夠的既有印象。
該全球首支3D打印金屬槍的原型模板為經典的M1911式手槍,根據互聯網上的1911藍圖3D建模后用DMLS(直接金屬激光燒結)技術加熱金屬粉末使其凝固成。DMLS技術已超過M1911槍支對零件的精度要求,再經過各種打磨以及調整槍膛等工藝,最后予以組裝。該槍支有超過30個3D打印原件。
Solid Concepts公司副總裁肯特·費爾斯通表示,這種整體概念是為了證明3D打印這一技術的可靠性、準確性和實用性。目前該槍已通過連發50多發子彈的耐力射擊測試,精準度不遜于常規武器。
2.2戰機維護
在維修方面,美國已開始部署基于3D打印技術的維修保障裝備。2012年7月和2013年1月,美軍部署了兩個移動遠征實驗室,用于裝備維修保障。此移動遠征實驗室是一個20英尺長的標準集裝箱,可通過卡車或直升機運送至任何地點,利用3D打印及和計算機數字控制設備將原材料加工成所需零部件??梢栽謖匠∩峽燜偕璧牧悴考?,甚至快速設計和生產急需的裝備,實現及時精準的保障。此外,美國陸軍開發了一種輕質便宜的3D打印機,可以放到背包中,用于在戰場中快速、便宜地制造替換零部件。
3醫療領域
3D打印技術適用于個性化需求明顯的領域。在醫療行業,特別是修復性醫學領域,個性化需求十分明顯。用于治療個體的產品,基本上都是定制化的,不存在標準的量化生產。而3D打印技術的引入,降低了定制化生產的成本。其主要應用有:1)修復性醫學中的人體移植器官制造,假牙、骨骼、肢體等;2)輔助治療中使用的醫療裝置,如齒形矯正器和助聽器等;3)手術和其他治療過程中使用的輔助裝置。
2012年醫療領域的3D打印產能占據全球產值的16.4%。大部分應用都集中在假肢制造、牙齒矯正與修復等方面。利用3D打印能夠完美地復制人體結構構造,貼合人體工學。現如今在歐洲,使用3D打印制造鈦合金人體骨骼的成功案例就有3萬多例。
根據美國器官共享網絡(UNOS)統計數據,美國等待器官移植的患者人數在逐年增加。截至2014年4月,美國在等待器官移植手術的病患共計78,000余人。而由于符合要求的器官捐獻數量不足,以及術后可能產生的嚴重排斥性問題,傳統醫療手段已然無法滿足現在需要器官移植病患的要求。因此,今后3D打印在這一領域的應用將會非??曬?。
3.1德國EOS公司
德國EOS公司近期開發了兩種可用于增材制造工藝的材料,分別是Ti64 ELI和316L不銹鋼,增加了EOS公司可用于直接激光金屬燒結的材料種類。EOS公司有關方面表示,使用Ti64 ELI材料和增材制造方法生產的零件化學成分和力學性能與ASTM F136相當,具有優異的耐腐蝕性能、生物相容性和高純度,特別適合用增材制造方法生產醫療用移植物。EOS公司開發的應用于增材制造的316L不銹鋼合金具有很好的耐腐蝕性能和延展性,制造的零件化學成分與ASTM F138相當。
3.2德國EIT
德國EIT公司(Emerging Implant Technologies)同3D Systems公司合作,采用3D打印技術制造出了鈦制骨小梁結構,為一名具有退行性頸椎問題的患者實施了手術,是全球首例成功完成此類手術的案例。
通過選擇性激光熔化(SLM)技術制造的鈦金屬植入物具有高達80%的孔隙率,可為骨細胞和血管結構的生長提供理想的支架。在實踐中,植入物不容易移位或破壞周圍骨結構的完整性。研究人員稱,該方法還可防止出現融合過程的延誤。EIT稱,未來將以合理的成本提供個性化的系列植入物產品。由于脊柱外科的再手術率要比髖關節或膝關節更高,未來將探索改進這方面問題的方法。   
3.3比利時 Hasselt 大學
2012年,比利時一位83歲的老太太用上了3D打印機打造的鈦下顎。這個技術是由比利時 Hasselt大學的 BIOMED 研究所發起,在外科醫生的幫助下完成的。這個下顎是由鈦粉一層層打印出來的,而計算機控制的激光可以確保粒子非常緊密地融合在一起。同時打造的時間非常短,只用了幾小時,而以前舊有的技術需要幾天時間。
3.4 美國MedShape
美國技術醫療機械公司MedShape采用3D打印醫療級Ti6/4骨栓板在2015年初獲得了美國食品藥品管理局(FDA)的認證【4】。MedShape一直在研發FastForward手術系統,開發創新型醫療設備,解決臨床需要。
對于患有拇外翻畸形的患者,傳統的手術方法主要采用切割、鉆孔、重新調整和熔斷第一拓骨再接合道第二拓骨處。雖然此種手術能夠緩解一些癥狀,但往往伴隨著較長的恢復期和出現相關并發癥,如骨不連、缺血性壞死等。現在FastForward骨栓板上的縫合帶能夠安全、牢固的纏住第二拓骨而避免過度和破壞性的鉆孔。
3.5英國BioMedtrix
2015年底,英國一只失去兩條后腿的流浪貓名文森特(Vincent)在其收養家庭和美國愛荷華州立大學的幫助下,裝上了由英國獸醫矯形系統研制公司BioMedtrix設計的鈦合金假肢。在全世界范圍內,僅有25只動物安裝了類似的假肢?!?】
據報道,這兩條由BioMedtrix研制的鈦合金假肢被植入文森特貓的大腿骨。安裝假肢后,文森特走起路來幾乎跟普通的貓沒什么區別。這兩條鈦合金假肢的設計能使文森特貓的后腿骨長入假肢中從而支撐其全身的重量。
給文森特貓進行假肢安裝手術的過程被稱為是獸醫學中罕見的“新興領域”,文森特貓德案列或許能為回答該領域的一些問題提供幫助,使動物系統植入發揮更好的作用。
3.6 Arcam
Arcam是一家瑞典公司,提供一些列針對行業特定需求的3D打印機,包括醫療和航天。公司生產的Q10 Plus和Q20 plus是分別針對骨科植入物和航空零部件制造的產品。公司生產的A2X產品是用于鈦合金打印的高端打印設備,可提供高達3,000瓦的光束功率,同時保持掃描速度,允許多點熔化。Arcam的電子束金屬3D打印機在醫療領域非常受歡迎,中國的愛康醫療一次性采購5臺Arcam最新型金屬3D打印機,用于醫療領域打印鈦合金植入物。2016年,通用電氣(GE)收購AECAM95%的股權,之后又完成了余下5%的股權。此外,Arcam計劃在瑞典擴大增材制造的規模,預計建成后生產規模將達到現在的三倍。      
結語
歐美地區增材制造(3D打印技術)在鈦行業的應用主要是分布在航空航天、國防及醫療領域,其中航空航天領域占主要地位。業內人士稱,到2020年3D打印創造的年收益將達230億美元。
目前,美國主要鈦企業均積極發展增材制造技術。通過收購或參股具備增材制造技術的公司,美國鈦企業將增材制造技術同自己原有的傳統技術或關鍵技術相結合,進行了技術革新。金屬粉末工業聯合會稱,計劃組成一個增材制造行業的貿易協會,這將對建立行業地位、提升凝聚力很重要。美國鈦企業對增材制造技術充滿信心。增材制造技術公司認可鈦材與該技術發展的契合,針對鈦的特性在不同領域應用了增材制造技術。通過合作,同時擴大了該技術和鈦材的應用范圍。增材制造技術公司也對鈦的未來充滿信心。高端材料和先進技術的良性結合,必然使得行業、企業、技術得到迅速的發展,取得優良的成果。
與此同時,我們也需要注意增材制造技術發展面臨的一些問題,例如增材制造技術生產的航空航天用零部件的安全問題、制造商在采用增材制造技術時通常不整體考慮其價值鏈等。此外,如何進一步降低零部件—零部件增材制造技術的成本。