冶金專(zhuān)(zhuān)家Heraeus Amloy正在與格拉茨大學(xué)(xué)合作，以3D打印由非晶態(tài)(tài)金屬制成的新型醫(yī)療設(shè)備。作為醫(yī)學(xué)(xué)應(yīng)用臨床增材制造（CAMed）項(xiàng)目的一部分，這項(xiàng)研究將使合作伙伴開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)和測(cè)試用于最終用途植入物和假體的新型合金粉末。由于非晶態(tài)(tài)合金非凡的機(jī)械性能，新的3D打印設(shè)備有望比現(xiàn)有的鋼或鈦制成的設(shè)備顯著(zhù)提高性能。

賀利氏Amloy負(fù)責(zé)人JürgenWachter表示：“作為CAMed項(xiàng)目的一部分，我們目前正在測(cè)試AMLOY-ZR02合金。它的主要成分是高純度鋯，并且已經(jīng)(jīng)被證明具有生物相容性?！?/span>

一組由非晶態(tài)(tài)金屬制成的3D打印半徑板植入物。圖片來(lái)(lái)自賀利氏。

常規(guī)醫(yī)療植入物的局限性

迄今為止，大多數(shù)基于金屬的醫(yī)療植入物都是由不銹鋼，鈷鉻合金或鈦制成的。盡管這些合金大部分都能發(fā)(fā)揮作用，但即使對(duì)它們進(jìn)(jìn)行定制3D打印，它們也難以適應(yīng)患者體內(nèi)不斷變化的作用力。

例如，一個(gè)(gè)鈦肋弓，每年被迫承受大約八百萬(wàn)(wàn)次呼吸運(yùn)動(dòng)(dòng)。體溫鈦材料無(wú)(wú)法提供足夠的彈性，因此，如果未以最佳方式將植入物固定在周?chē)墓窮^上，則植入物可能難以安放在患者的胸腔中。盡管每個(gè)(gè)呼吸周期都施加最小的力，但純粹的周期數(shù)最終會(huì )(huì)導(dǎo)致疲勞性骨折，尤其是在較長(cháng)(zhǎng)的一段時(shí)(shí)間內(nèi)。

澳大利亞醫(yī)療器械公司Anotomics以前曾進(jìn)(jìn)行3D打印的鈦肋骨植入物。通過(guò)(guò)Anotomics拍攝。

為何使用非晶態(tài)(tài)金屬？

通過(guò)(guò)震動(dòng)(dòng)凍結(jié)金屬熔池來(lái)(lái)形成非晶態(tài)(tài)金屬或金屬玻璃，這意味著(zhù)材料中的原子沒(méi)(méi)有足夠的時(shí)(shí)間形成晶格結(jié)構(gòu)。取而代之的是，原子以類(lèi)(lèi)似于玻璃的不規(guī)則和無(wú)(wú)序（無(wú)(wú)定形）結(jié)構(gòu)凝固。這使制得的合金具有優(yōu)(yōu)異的一組物理性能，包括耐腐蝕性，出色的強(qiáng)度特性和高彈性。正是這種強(qiáng)度和彈性的結(jié)合，使該材料類(lèi)(lèi)別非常適合于永久負(fù)載應(yīng)用（例如醫(yī)療植入物）。

Heraeus項(xiàng)目最終旨在提高這些非晶態(tài)(tài)金屬的可加工性，以便可以在大多數(shù)工業(yè)(yè)激光粉末床熔融系統(tǒng)上進(jìn)(jìn)行3D打印。通過(guò)(guò)3D打印植入物，醫(yī)療專(zhuān)(zhuān)業(yè)(yè)人員將能夠創(chuàng )(chuàng)建適合每個(gè)(gè)佩戴者體質(zhì)(zhì)的下一代患者專(zhuān)(zhuān)用設(shè)備。當(dāng)處理意外事故和腫瘤切除所造成的傷害時(shí)(shí)，由于在這些事件之后植入植入物可能是一個(gè)(gè)復(fù)雜的過(guò)(guò)程，因此預(yù)計(jì)這將特別方便。

Heraeus Amloy市場(chǎng)(chǎng)與銷(xiāo)(xiāo)售主管Valeska Melde總結(jié)道：“非晶態(tài)(tài)金屬比鋼和鈦具有許多優(yōu)(yōu)勢(shì)：這種材料兼具強(qiáng)度和彈性。它可以完美地適應(yīng)骨骼，促進(jìn)(jìn)恢復(fù)，并且具有很好的耐受性，因?yàn)樗梢災踩攵粫?huì)導(dǎo)致細(xì)胞變形?！?/span>

盡管該公司已經(jīng)(jīng)引起人們的關(guān)(guān)注已經(jīng)(jīng)有一段時(shí)(shí)間了，但賀利氏卻以生產(chǎn)(chǎn)世界上最大的3D打印非晶態(tài)(tài)金屬部件而聞名。該齒輪于2019年印刷，由該公司專(zhuān)(zhuān)有的AMZ4金屬粉末制成，直徑為110毫米。

最近，賀利氏還與機(jī)床制造商通快（TRUMPF）合作，推動(dòng)(dòng)將3D打印無(wú)(wú)定形零件用于工程應(yīng)用。通過(guò)(guò)提高3D打印時(shí)(shí)材料的成本效率，合作伙伴的目標(biāo)是建立無(wú)(wú)定形金屬零件的增材制造，作為車(chē)(chē)間的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)(chǎn)方法。

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