利用3D打印技术创新合金材料

放大字体  缩小字体 2022-01-20 15:01  浏览次数:

3d printing

尽管世界各地数以百万计的人享受着髋关节和膝关节置换手术带来的新的行动能力,但许多人没有意识到,自上世纪60年代以来,这种植入物所用的材料基本上没有变化。

钛材料最初是为火箭和美国太空计划而设计的,它坚固、耐腐蚀、重量轻,但它并不特别适合人体骨骼和组织,常常导致植入物最终失败。

《今日材料》(materials Today)杂志发表的一篇论文指出,3D打印技术正在迅速改变材料的设计方式,使生物医学、航空航天等行业的材料开发能够更好地满足社会需求,并振兴美国的制造业。

在机械与材料工程学院Amit Bandyopadhyay教授的领导下,研究人员为工业界和学术界使用3D打印(也被称为增材制造)设计新合金(由两种或两种以上金属元素组成的材料)提供了路线图。

Bandyopadhyay说:“有了3D打印技术,我们可以重新设计这些合金用于特定的用途,这就是它的魅力所在。”“在未来十年,我们将会看到使用3D打印技术设计出各种新型合金。

“这不仅仅是一个塑造形象的平台。它也是一个为特定应用创建新组合的平台。”

以髋关节和膝关节植入物为例,研究人员多年来一直在添加涂层,试图提高兼容性。与此同时,当细菌找到一个很好的生长位置时,髋关节和膝关节置换手术常常不得不应对植入物感染。

Bandyopadhyay说:“也许重新设计一种兼容性更好或耐细菌的合金是个好主意。”

在过去,由于成本问题,行业一直不愿重新设计材料。

“使用增材制造或3d打印技术,您可以根据自己的需求定制结构,不仅可以使用化学或成分控制,还可以在有限的成本、时间和较小的制造足迹下实现所需的功能。”该论文的合著者、机械与材料工程学院教授Susmita Bose说。

在这项工作中,研究人员概述了3D打印带来的挑战。在开发新材料时,研究人员需要对产品开发的目标有一个很好的理解。

Bandyopadhyay说:“这个技术平台给你提供了太多你可以做的事情。“你可以加载16个不同的元素,开始制作作品,然后得到100万个不同的作品。第一个挑战是知道你真正想要的是什么。”

研究人员还强调,找到一种成功的合金配方,也意味着它必须在常规生产过程中进行测试,以确保每次都能一致生产。此外,新合金还需要通过监管审查程序。

Bandyopadhyay说,尽管面临挑战,3D打印已经改变了美国制造业的面貌。这项技术正在被用于打印产品,比如植入物,这些产品是专为人们量身定制的,美国已经成为3D打印制造业的领导者。

“这些植入物大部分是在美国制造和使用的,”他说。“它已经非常有效地改变了美国的制造业模式。”

博斯补充道:“看到你的视觉和你的研究挑战来到病人的床边并被用于社会,你会有一种极大的满足感。”

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