康奈爾大學開發全新3D列印技術，以超音速噴射鈦顆粒

康奈爾大學的工程師們已經開發出了一種3D列印金屬物體的新技術--它涉及以超音速噴射鈦顆粒。由此產生的金屬具有很強的多孔性，這使得它們對植入物和替換關節等生物醫學物體特別有用。

傳統的3D列印涉及到一個噴嘴逐層沉積塑料、水凝膠、活細胞或其他材料來構建一個物體。金屬部件和物體通常以其他方式進行3D列印，例如將雷射發射到金屬粉末床上，以選擇性地將部分熔化成所需形狀，或將金屬粉末以高速發射到基體上，以將顆粒融合在一起。

後一種方法被稱為「冷噴」，新技術在此基礎上進行了拓展。康奈爾大學團隊以每秒600米的速度噴射鈦合金顆粒，每個顆粒的寬度在45到106微米之間。該團隊計算出這是理想的速度--再快的話，顆粒在撞擊時就會解體，無法相互結合。

接下來，材料會被加熱以軟化，幫助顆粒更好地粘合。同樣，這也是經過仔細控制的，使用高達900 °C的溫度，這遠遠低於鈦的熔點1626 °C。最終的結果是一種具有多孔結構的金屬物體，其強度比使用傳統製造工藝製造的類似物體高42%。該團隊表示，不同之處在於，新方法並不專注於高熱作為主要力量，因為高熱會給材料帶來弱點。

「我們專注於製造多孔結構，這在熱管理，能量吸收和生物醫學方面有很多應用，」該研究的主要作者Atieh Moridi說。「我們現在不是只用熱作為輸入或粘合的驅動力，而是利用塑性變形將這些粉末顆粒粘合在一起。」

研究人員表示，這種新方法特別適合創建生物醫學植入物，因為多孔結構會讓患者的細胞有地方依附，幫助重建天然組織並固定植入物。

「如果我們製作具有這種多孔結構的植入物，並將其插入體內，骨可以在這些孔隙內生長，並進行生物固定，」Moridi說。「這有助於降低植入物鬆動的可能性。而這是一個大問題。有很多的翻修手術，患者不得不去移除植入物，只是因為植入物鬆動了，而且造成了很大的痛苦。」

該團隊表示，這種新方法還可以為其他行業創造材料和物體，如建築、交通和能源。

該研究發表在《Applied Materials Today》雜誌上。