冶金專家Heraeus Amloy正在與格拉茨大學(xué)合作，以3D打印由非晶態(tài)金屬制成的新型醫(yī)療設(shè)備。作為醫(yī)學(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發(fā)和測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)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，我們目前正在測試AMLOY-ZR02合金。它的主要成分是高純度鋯，并且已經(jīng)被證明具有生物相容性?！?/span>

一組由非晶態(tài)金屬制成的3D打印半徑板植入物。圖片來自賀利氏。

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)揮作用，但即使對它們進(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)鈦肋弓，每年被迫承受大約八百萬次呼吸運(yùn)動(dòng)。體溫鈦材料無法提供足夠的彈性，因此，如果未以最佳方式將植入物固定在周圍的骨頭上，則植入物可能難以安放在患者的胸腔中。盡管每個(gè)呼吸周期都施加最小的力，但純粹的周期數(shù)最終會(huì)導(dǎo)致疲勞性骨折，尤其是在較長的一段時(shí)間內(nèi)。

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

為何使用非晶態(tài)金屬？

通過震動(dòng)凍結(jié)金屬熔池來形成非晶態(tài)金屬或金屬玻璃，這意味著材料中的原子沒有足夠的時(shí)間形成晶格結(jié)構(gòu)。取而代之的是，原子以類似于玻璃的不規(guī)則和無序（無定形）結(jié)構(gòu)凝固。這使制得的合金具有優(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)金屬的可加工性，以便可以在大多數(shù)工業(yè)激光粉末床熔融系統(tǒng)上進(jìn)行3D打印。通過3D打印植入物，醫(yī)療專業(yè)人員將能夠創(chuàng)建適合每個(gè)佩戴者體質(zhì)的下一代患者專用設(shè)備。當(dāng)處理意外事故和腫瘤切除所造成的傷害時(shí)，由于在這些事件之后植入植入物可能是一個(gè)復(fù)雜的過程，因此預(yù)計(jì)這將特別方便。

Heraeus Amloy市場與銷售主管Valeska Melde總結(jié)道：“非晶態(tài)金屬比鋼和鈦具有許多優(yōu)勢：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)恢復(fù)，并且具有很好的耐受性，因?yàn)樗梢灾踩攵粫?huì)導(dǎo)致細(xì)胞變形。”

盡管該公司已經(jīng)引起人們的關(guān)注已經(jīng)有一段時(shí)間了，但賀利氏卻以生產(chǎn)世界上最大的3D打印非晶態(tài)金屬部件而聞名。該齒輪于2019年印刷，由該公司專有的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)將3D打印無定形零件用于工程應(yīng)用。通過提高3D打印時(shí)材料的成本效率，合作伙伴的目標(biāo)是建立無定形金屬零件的增材制造，作為車間的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)方法。

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