新的3D打印技术以超音速融合钛粒子

使用团队新的“冷喷涂” 3D打印技术产生的钛合金颗粒的显微镜图像。生物细胞已经开始粘附它，显示出它在生物医学植入物中的有用性。康奈尔大学的工程师们已经开发出一种用于3D打印金属物体的新技术-它涉及以超音速喷砂钛颗粒。生成的金属非常多孔，这使其特别适用于生物医学对象，例如植入物和置换关节。

传统的3D打印需要通过喷嘴逐层沉积塑料，水凝胶，活细胞或其他材料来构建物体。金属零件和物体通常以其他方式进行3D打印，例如在金属粉末层上发射激光以选择性地将部分熔化成所需的形状，或在基材上高速发射金属粉以将粒子融合在一起。

后一种方法称为“冷喷涂”，新技术在此基础上扩展。康奈尔研究小组以每秒600 m（1,969 ft）的速度爆炸了钛合金颗粒，每个颗粒的尺寸在45至106微米之间（作为参考，空气中的声速约为每秒340 m（1,115 ft）） 。该团队将其计算为理想的速度-更快，粒子在撞击时会崩解太多而无法彼此结合。

接下来，将材料加热以软化它们，帮助颗粒更好地粘合。再次使用高达900°C（1,652°F）的温度进行仔细控制，该温度远低于钛的1,626°C（2,959°F）的熔点。

最终结果是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％。研究小组说，不同之处在于，新方法并未将高热量作为主要力量，这会给材料带来薄弱环节。

该研究的主要研究人员Atieh Moridi说：“我们专注于制造在热管理，能量吸收和生物医学中有许多应用的细胞结构。” “现在，我们不再仅仅使用热量作为输入或粘合的驱动力，而是通过塑性变形将这些粉末颗粒粘合在一起。”

研究人员说，这种新方法特别适合于制造生物医学植入物，因为多孔结构可使患者的细胞附着在某个地方，从而帮助重建自然组织并固定植入物。

莫里迪说：“如果我们制造出具有这种多孔结构的植入物，并将其插入体内，骨骼就会在这些孔中生长并进行生物固定。” “这有助于减少植入物松动的可能性。这很重要。患者必须进行很多翻修手术才能移除植入物，因为植入物松动并且会引起很多痛苦。”

研究小组表示，新方法还可以为其他行业（例如建筑，运输和能源）创造材料和物体。