一种3D打印技术被开发出来,通过以超音速粉碎粉末颗粒来制造细胞状金属材料。这种被称为“冷喷涂”的技术可以制造出机械坚固的多孔结构,其强度比用传统制造工艺制造的类似材料高40%。这种结构的小尺寸和多孔性使其特别适合建造生物医学组件,如置换关节。

研究人员使用塑性变形将粉末颗粒结合在一起,而不是仅仅使用热量作为输入或驱动力。

增材制造并非没有挑战——其中最重要的是金属材料需要在超过其熔点的高温下加热,这可能会导致残余应力累积、变形和不必要的相变。

为了消除这些问题,该团队开发了一种方法,使用压缩气体喷嘴在基体上点燃钛合金颗粒。这些粒子的直径在45到106微米之间,以每秒600米的速度运动——比声速还快。通常,在冷喷印刷中,粒子会在临界速度(它可以形成致密固体的速度)和侵蚀速度(当它碎裂得太厉害而不能与任何东西结合时)之间的最佳位置加速。

相反,该团队使用计算流体动力学来确定一个刚好低于钛合金粒子临界速度的速度。当以这个稍慢的速度发射时,粒子产生了一个更多孔的结构,这是理想的生物医学应用,如人造膝关节或髋关节,以及颅骨/面部植入物。

对于由这些多孔结构制成的植入物,当植入人体时,骨头可以在孔隙内生长并形成生物固定。这有助于减少植入物松动的可能性,消除了患者为了移除植入物而进行翻修手术的需要,因为植入物松动会导致疼痛。

虽然这个过程在技术上被称为冷喷涂,但它确实涉及一些热处理。一旦这些粒子碰撞并结合在一起,研究人员就会加热金属,这样这些成分就会相互扩散,并像均匀物质一样沉淀下来。该团队专注于钛合金和生物医学应用,但该过程的适用性可以扩展到任何能够忍受塑性变形的金属材料。

欲了解更多信息,请联系Jeff Tyson此电子邮件地址正在受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用JavaScript来查看它。;607-793-5769。


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本文首次发表于《华尔街日报》2021年5月号yabovip16.com杂志。

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