钛是增材制造中最常用的金属之一，广泛应用于航空航天、关节置换和手术工具、赛车和自行车车架、电子产品和其他高性能产品。钛因其高机械强度、高强度重量比和比不锈钢更好的耐腐蚀性而备受推崇。
钛金属可减轻火箭和飞机的重量，从而节省燃料并提高有效载荷能力。它还可以减轻智能手机和VR眼镜等电子产品的重量；医疗植入物也是如此。而且，当您将钛金属的固有品质与3D打印时的独特功能结合起来时，优势就会成倍增加。
3D打印钛部件：GE Additive的髋关节、Sciaky的风扇叶片、Arcam Darker的火箭尖端、3D Systems的钛晶格组件、EOS的钛支架、Zenith Tecnica的手术脊柱植入物。
3D打印可以更高效地制造这种昂贵的金属，减少原材料消耗和浪费。作为一种增材技术，金属3D打印通常仅使用制造零件所需的材料量，以及相对较少的支撑结构材料量。
3D打印还可以实现复杂的设计，例如内部通道和空心或晶格填充部件以减轻重量。这些功能是任何其他制造方法都无法实现的，而且由于无需模具或工具，钛3D打印可以以经济高效的方式制造独一无二的部件，例如针对特定患者的植入物、原型和研究工具。
3D打印钛合金推动制造业、医疗保健、太空探索等领域发展的例子不胜枚举。让我们来看看钛合金为何如此适合增材制造。
3D打印钛合金的特性
Atherton Cycles生产的3D打印钛合金轮毂（来源：Atherton）
当使用钛进行3D打印时，钛能保持其所有机械性能，甚至可能具有更多优点。
下文将介绍3D打印钛合金的不同方法，但使用激光和电子束的方法会使钛合金经受多面而复杂的热处理循环，从而影响材料的机械性能。很难对这些过程得出结论，因为每台基于激光的3D打印机都不同，材料也各不相同，而且需要微调的范围也有很多。然而，最近在这个领域有很多研究，大多数研究都指出3D打印钛合金部件具有出色的结构完整性。
例如，《材料》杂志2020年的一项研究比较了3D打印钛合金牙种植体与铸造部件。研究发现，与铸造样品相比，3D打印部件的机械性能、物理性能、耐腐蚀性和表面性能相当或更优越。
较新的研究得出结论，所使用的打印参数（例如激光束或电子束传输到原料的时间相关温度曲线）对最终部件的机械性能有重大影响。《材料工程与性能杂志》上的这项2024年研究发现，改变激光功率和扫描速度决定了钛部件的整体强度和硬度。制造的Ti-6Al-4V合金部件的耐腐蚀性随着激光功率的增加而改善，但随着扫描速度的增加而恶化。
金属3D打印机制造商MELD Manufacturing于2021年发布的数据证实，其不使用激光或电子束的工艺可生产出符合ASTM和AMS对锻造材料标准要求的钛。
Zenith Tecnica是一家专门从事钛合金3D打印的合同制造商，该公司生产的定制钛合金部件（来源：Zenith Tecnica）
这些数据是通过美国国家制造科学中心(NCMS)、陆军研究实验室(ARL)和先进制造、材料和工艺(AMMP)计划的程序生成的，使用Ti-6Al-4V(Ti64)材料（也称为ASTM 5级）进行测试。数据表明，打印后的材料在所有轴上（包括打印层的Z方向）都超过了ASTM标准规定的屈服强度、极限拉伸强度和伸长率的最低要求。
了解钛
钛粉（来源：PyroGenesis Additive）
纯钛通常不用于工程应用，但在生物医学市场中却很常见，用于制造膝盖和髋关节植入物等部件。钛基合金（提供特定机械性能的金属成分受控混合物）广泛应用于需要实现非常特殊的部件性能的众多行业。金属材料供应商长期以来一直为制造商提供铸造用钛，现在他们提供专门为增材制造配制的钛粉。
华盛顿大学地球丰富材料部署与研究中心的金属3D打印实验室使用钛制造零件（来源：华盛顿大学）
用于增材制造的钛合金
5级钛合金6Al-4V是增材制造中最常用的钛合金，是航空航天和汽车领域以及军事应用的原型和功能部件的理想选择。它也是制造具有复杂几何形状和精度的零件以及生产工具的极佳材料。
23级钛6Al-4V是一种生物相容性合金，常用于医疗植入物和假体。
钛合金Beta 21S的强度高于传统钛合金（例如Ti-6Al-4V），并且与传统钛合金（例如Ti-15V-3Cr）相比，具有出色的抗氧化性和抗蠕变性。21级钛合金的氢吸收效率是所有钛合金中最低的之一。它是骨科植入物和航空发动机应用的理想选择。β钛在正畸领域得到广泛应用。
Cp-Ti（纯钛），1、2级，由于钛与人体的生物相容性，在医疗领域有着广泛的应用。
TA15是一种近α钛合金，添加了铝和锆。TA15制成的部件具有高比强度、高承载能力和耐高温性，可用作飞机和发动机制造中的重型部件。
