美國(guó)研發(fā)3D打印金屬物體技術(shù)，有利于替換關(guān)節(jié)

康奈爾大學(xué)的工程師們已經(jīng)開發(fā)出了一種3D打印金屬物體的新技術(shù)--它涉及以超音速噴射鈦顆粒。由此產(chǎn)生的金屬具有很強(qiáng)的多孔性，這使得它們對(duì)植入物和替換關(guān)節(jié)等生物醫(yī)學(xué)物體特別有用。

傳統(tǒng)的3D打印涉及到一個(gè)噴嘴逐層沉積塑料、水凝膠、活細(xì)胞或其他材料來構(gòu)建一個(gè)物體。金屬部件和物體通常以其他方式進(jìn)行3D打印，例如將激光發(fā)射到金屬粉末床上，以選擇性地將部分熔化成所需形狀，或?qū)⒔饘俜勰┮愿咚侔l(fā)射到基體上，以將顆粒融合在一起。

后一種方法被稱為“冷噴”，新技術(shù)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了拓展?？的螤柎髮W(xué)團(tuán)隊(duì)以每秒600米的速度噴射鈦合金顆粒，每個(gè)顆粒的寬度在45到106微米之間。該團(tuán)隊(duì)計(jì)算出這是理想的速度--再快的話，顆粒在撞擊時(shí)就會(huì)解體，無法相互結(jié)合。

接下來，材料會(huì)被加熱以軟化，幫助顆粒更好地粘合。同樣，這也是經(jīng)過仔細(xì)控制的，使用高達(dá)900 °C的溫度，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鈦的熔點(diǎn)1626 °C。最終的結(jié)果是一種具有多孔結(jié)構(gòu)的金屬物體，其強(qiáng)度比使用傳統(tǒng)制造工藝制造的類似物體高42%。該團(tuán)隊(duì)表示，不同之處在于，新方法并不專注于高熱作為主要力量，因?yàn)楦邿釙?huì)給材料帶來弱點(diǎn)。

“我們專注于制造多孔結(jié)構(gòu)，這在熱管理，能量吸收和生物醫(yī)學(xué)方面有很多應(yīng)用，”該研究的主要作者Atieh Moridi說?！拔覀儸F(xiàn)在不是只用熱作為輸入或粘合的驅(qū)動(dòng)力，而是利用塑性變形將這些粉末顆粒粘合在一起?！?/p>

研究人員表示，這種新方法特別適合創(chuàng)建生物醫(yī)學(xué)植入物，因?yàn)槎嗫捉Y(jié)構(gòu)會(huì)讓患者的細(xì)胞有地方依附，幫助重建天然組織并固定植入物。

“如果我們制作具有這種多孔結(jié)構(gòu)的植入物，并將其插入體內(nèi)，骨可以在這些孔隙內(nèi)生長(zhǎng)，并進(jìn)行生物固定，”Moridi說。“這有助于降低植入物松動(dòng)的可能性。而這是一個(gè)大問題。有很多的翻修手術(shù)，患者不得不去移除植入物，只是因?yàn)橹踩胛锼蓜?dòng)了，而且造成了很大的痛苦?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)表示，這種新方法還可以為其他行業(yè)創(chuàng)造材料和物體，如建筑、交通和能源。

該研究發(fā)表在《Applied Materials Today》雜志上。
責(zé)編AJX