科学家利用新的冷喷3D打印工艺制作医疗器械用零件

由康奈尔大学的科学家领导的研究人员开发了一种新的技术,利用一种独特的工艺,以超音速将粉末颗粒粉碎在一起,制造出蜂窝状的金属材料。该技术被称为 “冷喷”,它能创造出一种机械坚固且多孔的结构,比用传统制造工艺制造的类似材料强40%。这种结构的小尺寸和多孔性使其非常适合制造生物医学部件,比如替换关节。

研究论文的主要作者是Atieh Moridi。他说,团队重点研究的细胞结构在热管理、能量吸收和生物医学方面都有应用。新技术不是用热作为粘合的驱动力,而是利用塑性变形将粉末颗粒粘合在一起。这里使用的增强材料制造技术不是从一大块材料中雕刻出一个形状,而是逐层构建产品。

快速成型制造的一个缺点是,通常金属材料必须在高温下加热,以超过其熔点,导致残余应力积累、变形和不需要的相变。研究人员开发了他们的新方法来消除这些问题,使用压缩气体的喷嘴向基体直接发射钛合金颗粒。

该过程中使用的颗粒直径在45至106微米之间,以每秒约600米的速度移动。该团队指出,他们并不是简单地以最快的速度抛出金属颗粒,而是必须仔细校准钛合金的理想速度,最终研究小组确定的速度刚好在合金粒子的临界速度之下。

以该速度发射的颗粒可以创造出更多的多孔结构,是生物医学应用的理想选择,如人工关节和颅骨或面部植入物。该团队表示,这些多孔结构允许骨在孔隙内生长,以创造自体形成的生物固定组织。这降低了植入物变得松动和引起疼痛的可能性。

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