增強(qiáng)醫(yī)療設(shè)備穩(wěn)定性,！Linde和3D Medlab研究氬氦保護(hù)氣體工藝

導(dǎo)讀：激光粉末床融合 (L-PBF) 是一種先進(jìn)的增材制造工藝，可用于生產(chǎn)復(fù)雜格狀結(jié)構(gòu),，例如醫(yī)療植入物,。這種方法采用激光作為熱源，選擇性熔化連續(xù)的金屬粉末層,，固結(jié)材料并生產(chǎn)零件,。然而，在3D打印過程中,，打印室中的氣體混合物對于高質(zhì)量,、易于鑒定和可重復(fù)的產(chǎn)品至關(guān)重要。因此,，Linde和3D Medlab合作測試最佳大氣解決方案,。測試結(jié)果表明，使用Linde新型工藝氣體混合物時(shí),，飛濺量減少了35%,，降低了零件缺陷率。

△僅使用氬氣形成飛濺（左圖）與使用新型氬氦混合氣形成飛濺（右圖）（由林德提供）

南極熊獲悉,，全球工業(yè)氣體專家林德 (Linde) 在2021年6月14日宣布了用于優(yōu)化醫(yī)療組件增材制造的新工藝氣體的測試結(jié)果,。新型氣體混合物由Linde和3D打印醫(yī)療設(shè)備公司3D Medlab（現(xiàn)隸屬于Marle Group）聯(lián)合開發(fā)，旨在提高Ti64先進(jìn)薄型醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)量和生產(chǎn)率,。

醫(yī)療行業(yè)復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)

研究的進(jìn)行源于許多人相信晶格結(jié)構(gòu)將成為未來醫(yī)療器械開發(fā)的關(guān)鍵,，因?yàn)樗鼈兡軌蚋�好地融入患者的骨骼和組織結(jié)構(gòu)，減少排異,，加快愈合時(shí)間,。雖然增材制造技術(shù)有能力制造晶格結(jié)構(gòu)，但3D打印構(gòu)建室內(nèi)最佳和可再現(xiàn)氣體氛圍也是晶格結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵,。構(gòu)建室內(nèi)的雜質(zhì)會在打印時(shí)損壞部件,，增加了后處理的成本，降低了打印部件的使用率,。特別是,，氣體氛圍中氧含量的任何微小變化都會影響氣敏材料的機(jī)械或化學(xué)特性,，從而影響制造部件的性能。當(dāng)打印機(jī)處理鈦和鋁合金等金屬粉末時(shí),，這種情況有時(shí)會反復(fù)出現(xiàn),。

△3D Medlab的“脊柱籠”,，使用林德AM技術(shù)生產(chǎn)

Linde和3D Medlab的合作項(xiàng)目專注于使用鈦合金Ti-6AI-4V,，對氧含量十分敏感。通過多次試驗(yàn),，Linde開發(fā)的一種新型氦氣/氬氣混合物使打印過程更順暢,、更清潔，能夠與ADDvance O2精密測量和分析技術(shù)一起使用,。ADDvance O2 precision可以測量和控制打印過程中的氧氣和濕度水平,。3D Medlab將使用這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對打印室中氧氣濃度和濕度的高水平控制，生產(chǎn)出更高質(zhì)量的3D打印醫(yī)療設(shè)備,。因此,，兩家公司開始以客戶/供應(yīng)商的身份合作，3D Medlab利用ADDvance粉末柜保持敏感金屬粉末的質(zhì)量,。此后,，他們決定匯集各自的專業(yè)知識，提高增材制造醫(yī)療零件的質(zhì)量,，首先使用鈦合金,，然后使用鎳鈦材料。

△ADDvance®O2 Precision解決方案與3D Medlab的打印機(jī)一起使用,。

氬氦混合氣體測試結(jié)果

測試于2020年1月至2021年3月期間進(jìn)行，研究了新工藝氣體對Ti64晶格結(jié)構(gòu)的激光粉末床融合 (L-PBF) 過程中飛濺和工藝穩(wěn)定性的影響及性能,。測試團(tuán)隊(duì)使用光學(xué)斷層掃描圖片進(jìn)行過程監(jiān)控,，結(jié)果表明，與單獨(dú)使用氬氣相比,，使用氬氣-氦氣混合物時(shí)飛濺量顯著減少,。飛濺物會附著在相鄰的打印部件上，降低零件質(zhì)量,。而Linde的氬氦混合氣可將飛濺排放量降低35%,，降低缺陷部件的制造風(fēng)險(xiǎn)并提高整體表面質(zhì)量。另外,，孔隙率和表面質(zhì)量是影響復(fù)雜零件機(jī)械性能的基本因素,。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，打印室內(nèi)的惰性氣體是影響零件質(zhì)量和整體生產(chǎn)速度的關(guān)鍵因素,。當(dāng)使用純氬氣會導(dǎo)致一定程度的孔隙率,，降低零件質(zhì)量。Linde和3D Medlab工程師相信,，優(yōu)化的混合保護(hù)氣體可以改善這一因素,。

△安裝在3D Medlab的粉柜,。

Lince增材制造粉末冶金專家Sophie Dubiez-Le Goff表示,，打印可靠可重復(fù)產(chǎn)品的能力是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，這對醫(yī)療行業(yè)至關(guān)重要,。此外,，從商業(yè)角度來看，打印時(shí)間是增材制造中最大的單一成本要素,，但可以通過使用正確的氣體混合物來加快薄部件的速度,。Marle Group增材制造主管Gael Volpi稱，孔隙率是我們定義增材制造醫(yī)療器械質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn),，與林德的聯(lián)合大氣研究結(jié)果表明,，工藝氣體混合物中氦氣與氬氣的正確平衡可以對輸出質(zhì)量和生產(chǎn)力產(chǎn)生重大影響。

△ADDvance O2 Precision - AM氣體氣氛控制

參考閱讀：

1. Joint Linde and 3D Medlab tests prove stability ofadditive manufactured medical devices can be improved with an optimal processgas
2. Optimal gas mixture can help improve stability ofadditive manufacturing process for medical devices
3. Linde and 3D Medlab announce additively manufacturedmedical device research effort
4. ADDvance O2 precision - AM Gas Atmosphere Control