利用3D打印进行合金材料创新

虽然世界各地数以百万计的人通过髋关节和膝关节置换术重新获得了活动能力，但许多人没有意识到自1960年代以来用于此类植入物的材料基本保持不变。

钛材料最初是为火箭和太空计划设计的，强度高、耐腐蚀且重量轻，但它与人体骨骼和组织的匹配度并不高，通常会导致植入物最终失效。

根据发表在该杂志上的一篇新论文，3D打印世界正在迅速改变材料的设计方式，使材料开发能够更好地满足生物医学和航空航天等行业的社会需求，并重振的制造业今天的材料。

在机械与材料工程学院教授AmitBandyopadhyay的带领下，研究人员为工业界和学术界提供了使用3D打印(也称为增材制造)设计新合金的路线图，这些合金是由两种或多种金属组成的材料元素。

“通过3D打印，我们实际上可以返回并开始重新设计这些具有特定用途的合金，这就是它的美妙之处，”Bandyopadhyay说。“我们将在未来十年看到各种新合金将使用3D打印进行设计。

“它不仅仅是一个制作形状的平台。它也是一个为特定应用程序创建新组合的平台。”

例如，在髋关节和膝关节植入物的情况下，研究人员多年来一直在添加涂层以试图提高兼容性。同时，当细菌找到合适的生长部位时，髋关节和膝关节置换手术通常不得不应对植入物上的感染。

“也许回到绘图板并重新设计一种具有更好相容性或抗细菌性的合金是一个好主意，”Bandyopadhyay说。

过去，由于所涉及的费用，工业界一直不愿重新设计材料。

“通过增材制造或3D打印，您可以根据需要制作结构，不仅具有化学或成分控制，而且还具有您所需的功能，且成本、时间有限，并保持较小的制造足迹，”SusmitaBose说，该论文的共同作者，机械与材料工程学院教授。

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，研究人员需要很好地了解他们开发产品的目标。

“这个技术平台为你提供了太多你可以做的事情，”Bandyopadhyay说。“你可以加载16种不同的元素并开始制作作品并获得一百万种不同的作品。第一个挑战是知道你真正在寻找什么。”

研究人员还强调，找到成功的合金配方还意味着必须对其进行常规制造工艺的测试，以确保每次都能始终如一地制造。此外，新合金还需要能够通过监管审查程序。

Bandyopadhyay说，尽管面临挑战，3D打印已经改变了制造业的面貌。该技术被用于打印出专门针对人们需求量身定制的产品，例如植入物，已成为3D打印制造的领导者。

“这些植入物大部分是在制造和使用的，”他说。“它非常有效地改变了的制造模式”

“看到你的愿景和你的研究挑战来到患者的床边并被用于社会，这提供了一种极大的满足感，”Bose补充道。

标签：