康奈尔大学开发全新3D打印技术 以超音速喷射钛颗粒

3D打印科研前沿
2020
11/11
15:51
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来源:cnBeta

康奈尔大学的工程师们已经开发出了一种3D打印金属物体的新技术--它涉及以超音速喷射钛颗粒。由此产生的金属具有很强的多孔性,这使得它们对植入物和替换关节等生物医学物体特别有用。
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传统的3D打印涉及到一个喷嘴逐层沉积塑料、水凝胶、活细胞或其他材料来构建一个物体。金属部件和物体通常以其他方式进行3D打印,例如将激光发射到金属粉末床上,以选择性地将部分熔化成所需形状,或将金属粉末以高速发射到基体上,以将颗粒融合在一起。

后一种方法被称为“冷喷”,新技术在此基础上进行了拓展。康奈尔大学团队以每秒600米的速度喷射钛合金颗粒,每个颗粒的宽度在45到106微米之间。该团队计算出这是理想的速度--再快的话,颗粒在撞击时就会解体,无法相互结合。

接下来,材料会被加热以软化,帮助颗粒更好地粘合。同样,这也是经过仔细控制的,使用高达900 °C的温度,这远远低于钛的熔点1626 °C。最终的结果是一种具有多孔结构的金属物体,其强度比使用传统制造工艺制造的类似物体高42%。该团队表示,不同之处在于,新方法并不专注于高热作为主要力量,因为高热会给材料带来弱点。

“我们专注于制造多孔结构,这在热管理,能量吸收和生物医学方面有很多应用,”该研究的主要作者cnBeta Moridi说。“我们现在不是只用热作为输入或粘合的驱动力,而是利用塑性变形将这些粉末颗粒粘合在一起。”

研究人员表示,这种新方法特别适合创建生物医学植入物,因为多孔结构会让患者的细胞有地方依附,帮助重建天然组织并固定植入物。

“如果我们制作具有这种多孔结构的植入物,并将其插入体内,骨可以在这些孔隙内生长,并进行生物固定,”Moridi说。“这有助于降低植入物松动的可能性。而这是一个大问题。有很多的翻修手术,患者不得不去移除植入物,只是因为植入物松动了,而且造成了很大的痛苦。”

该团队表示,这种新方法还可以为其他行业创造材料和物体,如建筑、交通和能源。

该研究发表在《Applied Materials Today》杂志上。

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