Titanijevi slitine dugo su se smatrali neosporanim temeljem napredne proizvodnje, cijenjeni zbog rijetke kombinacije svojstava koja ih razlikuje od drugih metala: omjer čvrstoće i težine nadmašuje čelik za 40% dok je istovremeno 45% lakši, otporan je na koroziju čak i u ekstremnim morskim ili kemijskim okruženjima, a njegova biokompatibilnost omogućuje spajanje s ljudskim tkivom bez izazivanja imunoloških reakcija. Već desetljećima ta svojstva čine ga nezamjenjivim u ključnim područjima: inženjeri zrakoplovstva oslanjaju se na titanijevi slitine poput Ti-6Al-4V za lopatice turbina mlaznih motora koje izdrže temperature veće od 500°C i ekstremna mehanička opterećenja, dok hirurzi ortopedi polaze na njegovu inertnost kod koljena i kuka koji mogu trajati 20 godina ili više u ljudskom tijelu. Ipak, široka upotreba bila je ograničena zbog stalnih, međusobno povezanih prepreka: tradicionalne metode obrade — poput kovanja, lijevanja i CNC obrade — stvaraju zapanjujućih 70-80% otpada materijala. Sirovi titanijev ruda, poznat kao rutile, zahtijeva korištenje velike količine energije za preradu u čisti titanijev spužvasti oblik, a oblikovanje ovoga u gotove dijelove često podrazumijeva skidanje većine materijala. Ova neučinkovitost, uz globalni nedostatak titana uslijed rastuće potražnje u zrakoplovnoj industriji, održava visoke troškove do 30 USD po funti, ograničavajući upotrebu metala na nišne sektore i onemogućavajući industrijama poput potrošačke elektronike, električnih vozila (EV) i obnovljivih izvora energije da iskoriste njegove prednosti.
Međutim, nedavna probojna otkrića u području aditivne proizvodnje (AM) ruše ovaj dugo uspostavljeni paradigma. Tehnologije 3D tiskanja — posebno Selektivno lasersko taljenje (SLM) i Nanošenje veznog sredstva (BJ) — postale su transformacijska rješenja omogućujući proizvodnju složenih titanijevih komponenti blizu konačnog oblika s minimalnim gubitkom materijala, često manjim od 10%. SLM, tehnika spajanja u praškastom ležaju, koristi visokosnažni vlaknasti laser (obično 200–400 vati) za selektivno taljenje čestica titanijevog praha sloj po sloj, stvarajući dijelove s dimenzijskom točnošću unutar ±0,1 mm. Ova metoda izvrsna je za izradu gustostrukturnih (do 99,9%) komponenti s kompleksnim unutarnjim strukturama, poput rešetkastih implantata koji imitiraju poroznost ljudske spužvaste kosti (30–70% poroznosti) kako bi potaknuli osseointegraciju, ili mlaznica za gorivo u zrakoplovnoj industriji s unutarnjim kanalima za hlađenje prekompleksnim za konvencionalnu obradu. Nanošenje veznog sredstva, nasuprot tome, nudi skalabilniji pristup: tekuće polimerno vezivo nanosi se na sloj titanijevog praha kako bi se formirali „zeleni“ dijelovi, koji se zatim dekontaminiraju i sintetriju u visokotemperaturnoj peći kako bi postigli punu gustoću. Ovaj proces je 3–5 puta brži od SLM-a i bolje je prilagođen masovnoj proizvodnji, što ga čini idealnim za auto-moto komponente poput nosača kućišta baterija za električna vozila ili zrakoplovne podsastavnice poput rebri na krilu.
Ova mogućnost iznimno je revolucionarna za industrije koje zahtijevaju prilagodbu, smanjenje težine ili optimizaciju dizajna. U biomedicini, globalni gigant proizvođač medicinskih uređaja Zimmer Biomet već koristi SLM za proizvodnju implantata kukova prilagođenih pojedinim pacijentima na temelju podataka CT skeniranja. Ovi implantati imaju personalizirane teksture površine koje potiču rast kostiju, čime se smanjuje vrijeme operacije za 25% i smanjuje stopa postoperativnih komplikacija za gotovo 40% u usporedbi sa standardnim implantatima. U zrakoplovstvu, Boeing je integrirao više od 600 3D-tiskanih titanijevih nosača u svoj 787 Dreamliner, svaki od kojih je 30% lakši od zavarenih čeličnih dijelova koje zamjenjuje. Smanjenje težine rezultira poboljšanjem učinkovitosti potrošnje goriva za 1,5% — značajan napredak za zrakoplove koji se suočavaju s rastućim troškovima goriva. Čak i u potrošačkoj tehnologiji, brendovi prihvaćaju ovaj pomak: linija Casio G-Shock sada nudi satove s AM titanijevim kućištima koja su 20% lakša od inox verzija, a istodobno 30% otpornija na ogrebotine, dok je kineska tehnološka tvrtka Xiaomi koristila BJ-tisnjeni titanij za okvir svog pametnog telefona Mix Fold 3, ostvarujući ravnotežu između izdržljivosti i tankog profila. Za ove industrije, AM ne čini titanij samo dostupnijim — on omogućuje mogućnosti dizajna koje su ranije bile nemoguće.
Ključni pokretač ovog pomaka je zrelost procesa obrade titanijevog praha — životne niti aditivne proizvodnje. Raniji titanijevi prahovi imali su nepravilne oblike i nesuglasne veličine čestica, što je uzrokovalo lošu tečivost i neujednačene rezultate tiskanja. Danas su inovacije poput plazmatske atomizacije i atomizacije plinom revolucionirale sferizaciju praha, proizvodeći glatke, kuglaste čestice koje se jednoliko kreću kroz AM strojeve. Tehnologije precizne klasifikacije sada omogućuju strogi kontrolu raspodjele veličina čestica (obično 15–45 μm za SLM), osiguravajući konzistentnu gustoću pakiranja i smanjujući nedostatke tiskanja poput poroznosti. Osim toga, pojava recikliranog titanijevog praha — dobivenog iz otpadaka CNC obrade, viškova iz zrakoplovne industrije i čak iz korištenih medicinskih uređaja — riješila je probleme troškova i održivosti. Tvrtke poput Kyhe Technology razvile su postupke za preradbu recikliranog otpatka u visokokvalitetan AM prah, smanjujući materijalne troškove za 40–60% i usmjeravajući tone metala od odlagališta, u skladu s globalnim inicijativama kružne ekonomije.
I dalje postoje izazovi koji onemogućuju široku primjenu titana u aditivnoj proizvodnji. Ekstremna reaktivnost titana s kisikom znači da tiskanje mora biti provedeno u inertnim atmosferama argona ili dušika, što zahtijeva specijaliziranu, skupu opremu za održavanje izuzetno niske razine kisika (ispod 0,1%). I dalje postoji i uska grlica u procesima nakon tiskanja: većina dijelova od titana izrađenih aditivnom proizvodnjom zahtijeva toplinsku obradu kako bi se smanjili ostatak napetosti, a zatim strojnu obradu ili poliranje kako bi se postigla konačna površinska obrada — koraci koji mogu činiti 30–50% ukupnog vremena i troškova proizvodnje. Dodatno, kontrola kvalitete i dalje je složena, jer sitne pogreške poput mikropukotina mogu ugroziti rad dijela, što zahtijeva napredne alate za inspekciju poput računalne tomografije (CT).
Industrijski napori sada su usmjereni na razvoj integriranih rješenja za pojednostavljanje cijelog AM radnog tijeka. Znanstvenici za materijale oblikuju titanijevim slitinama s modificiranom kemijskom kompozicijom kako bi smanjili osjetljivost na kisik, dok AI-om vođeni sustavi nadzora procesa u stvarnom vremenu koriste podatke senzora za otkrivanje i ispravljanje pogrešaka tijekom ispisa. Tvrtke poput EOS-a vode pionirska rješenja „print-to-part“ koja kombiniraju AM strojeve s automatiziranim modulima za naknadnu obradu, stvarajući besprijekornu proizvodnu liniju. U međuvremenu, organizacije za standarde poput ASTM International rade na uspostavi jedinstvenih kriterija za AM titanijev prah i dijelove, čime povećavaju povjerenje proizvođača.
Put je jasan: kako ove tehnologije sazrijevaju, titanijevi slitini sve više će prodrijeti u masovne primjene. Kod električnih vozila, aditivnom proizvodnjom izrađeni titanij mogao bi smanjiti težinu kućišta baterije, povećavši domet bez žrtvovanja sigurnosti. U obnovljivim izvorima energije, mogao bi stvoriti otporne dijelove na koroziju za offshore vjetroagregate. Ono što je nekad bila premijum sirovina ograničena na elitne industrije, sada je na dobrom putu da postane svakodnevni građevinski element moderne proizvodnje – demokratizirana zbog učinkovitosti aditivne proizvodnje i održivosti recikliranog praha. Titanijeva sljedeća poglavlja nisu samo o boljim dijelovima, već o izgradnji učinkovitijeg, kružnog industrijskog ekosustava.
EN