科學家利用新的冷噴3D列印工藝製作醫療器械用零件

2020-11-12 cnBeta

由康奈爾大學的科學家領導的研究人員開發了一種新的3D列印技術，利用一種獨特的工藝，以超音速將粉末顆粒粉碎在一起，製造出蜂窩狀的金屬材料。該技術被稱為 "冷噴"，它能創造出一種機械堅固且多孔的結構，比用傳統製造工藝製造的類似材料強40%。這種結構的小尺寸和多孔性使其非常適合製造生物醫學部件，比如替換關節。

研究論文的主要作者是Atieh Moridi。他說，團隊重點研究的細胞結構在熱管理、能量吸收和生物醫學方面都有應用。新技術不是用熱作為粘合的驅動力，而是利用塑性變形將粉末顆粒粘合在一起。這裡使用的增強材料製造技術不是從一大塊材料中雕刻出一個形狀，而是逐層構建產品。

快速成型製造的一個缺點是，通常金屬材料必須在高溫下加熱，以超過其熔點，導致殘餘應力積累、變形和不需要的相變。研究人員開發了他們的新方法來消除這些問題，使用壓縮氣體的噴嘴向基體直接發射鈦合金顆粒。

該過程中使用的顆粒直徑在45至106微米之間，以每秒約600米的速度移動。該團隊指出，他們並不是簡單地以最快的速度拋出金屬顆粒，而是必須仔細校準鈦合金的理想速度，最終研究小組確定的速度剛好在合金粒子的臨界速度之下。

以該速度發射的顆粒可以創造出更多的多孔結構，是生物醫學應用的理想選擇，如人工關節和顱骨或面部植入物。該團隊表示，這些多孔結構允許骨在孔隙內生長，以創造自體形成的生物固定組織。這降低了植入物變得鬆動和引起疼痛的可能性。

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