未来骨科日常:结实又耐用人骨“零件”3D打印 骨头“想换就换”

手机浏览
2019年06月12日 17:56      来源:看度新闻

3D打印技术被誉为“第三次科技革命的工具”,对传统制造的打印技术和方式带来革命性的改变和必要补充。3D打印技术的发展前景远大,应用非常广泛。这种技术可以和很多领域结合起来,比如生物、医疗、建筑、珠宝、鞋类、工业设计、航空航天等。

近年来,为加快3D打印技术应用和产业化,青白江区的成都先进金属材料产业技术研究院(简称“材料院”),组建了一支专业化3D打印项目团队,开展3D打印全产业链技术研发以及产品应用产业化开发工作。

看3D打印技术优势

近日,笔者来到材料院增材制造(3D打印)实验室,实验室摆放了两台3D打印机,一台白色外形的是用于激光束选区熔化成形的3D打印机,另外一台黑色外形是用于电子束选区熔化成形的3D打印机。

金属研究院的3D打印机。

工程师刘芯宇介绍,3D打印作为一种“增材制造”技术,它与传统“等材”和“减材”加工技术相比有较大优势,一是无需专用的模具或夹具,增加了成形的效率和柔性,不仅节省了工装和专用工具成本,还能大幅度缩短新产品开发周期;二是3D打印制件的晶粒细小、组织均匀、力学性能优良,在制造个性化、小批量、复杂结构、难熔难加工件材料和零件时,具有明显优势。3D打印作为一种新兴制造技术,与铸造、机加工等传统加工技术形成了很好的配合,在制造业转型升级的过程中发挥了巨大作用,成为迅速提升我国航空航天、核电重大工程项目研发进度、缩短型号研发周期的重要支撑。

看3D打印原材料优势

材料院主要围绕攀西地区丰富的钒钛铁矿产资源,经提炼精制出多种金属球形粉末,采用工业级3D打印机制备出终端产品,形成“粉末—打印—检测—应用”全流程体系。

3D打印出来的各种零部件。

“我们采用的是球形钛及钛合金粉末进行工业零件的3D打印。”钛作为一种国家战略金属,在航空航天、海工、医疗、军工等领域具有重要应用前景,而攀西地区的钛资源储量在国内达到惊人的90%以上。攀钢在钛产品开发方面,钛的板管棒线卷、大锻件等产品已经形成了批量生产能力,为了进一步扩展钛产线,开拓了钛粉末产品生产线。

目前,材料院立足于攀西地区钒钛磁铁矿产资源,正着力提升钒钛资源综合利用水平,创新突破了高炉渣提钛产业化技术,实现低成本钛金属冶炼。目前,公司已建成百吨级钛合金球形粉末生产线,解决了3D打印原材料供给问题。“钛合金有很多优势,抗腐蚀性、生物相容性非常好,所以是非常优秀的医疗器械材料,同时它的机械性能很好,密度低,以钛合金为原材料制造的部件既坚韧又轻便,也是航空航天材料的首选。”刘芯宇介绍道。

但是由于钛合金本身导热性不好,导致钛合金的加工十分困难,传统切割技术在切割钛合金的时候,热量总在刀尖聚集,会使刀尖软化,加工成本十分高昂。而使用激光3D打印技术和电子束3D打印技术金来加工钛合金就十分方便,相对传统加工技术,既节省加工成本,又节省加工时间,可以说钛合金和3D金属打印机是一对“黄金搭档”。

看3D打印产品应用和规划

3个小时后,激光打印的一批(20个)胫骨用接骨板打印完成。刘芯宇将其取出,比划道:“这是我们小腿前侧的这个部位。传统的接骨板,一个很直的结构,在做手术的时候,根据病人骨头的形状,再去弯折植入,相比于传统的方法,3D打印可以通过CT扫描病人的骨骼后,根据病人骨骼形状、弯曲程度,再用电脑制作一个相应的模型,然后把模型导入3D打印机进行生产,并很快的打印出来。”

虽然定制接骨板的应用前景很好,但是毕竟是医用骨科植入物,这类医用品都需要经过长期而周密详细的反复测试,才能够真正应用到人体,而这些测试的第一步,细胞培育测试正在进行中,接下来,刘芯宇将打印一批用于细胞培育测试的部件。“其实3D打印并不复杂,3D打印和一般的打印原理比较类似,打印文字是首先在电脑上写好文字,然后通过打印机打印出来。3D打印同理,也是首先要设计好一个3D模型,将模型导入3D打印机内,然后再打印出来。就像文字打印机一样,3D打印机也是将一件模型分为无数个非常薄的切层,一层一层像是‘堆积木’一样‘堆叠’起来,最终成为一个完全整体的部件。”

目前,材料院主要瞄准航空航天、医疗和汽车制造领域的钛合金、高温合金、铝合金、特钢零件的一体化、轻量化设计和增材制造及修复技术研究,以及相关产品开发。以产业化为目标,与汽车企业开展增压涡轮、连接件等零件的3D打印技术开发,正在开展复杂零部件的整体设计和增材制造成套技术研究。与西南交通大学、华西医大开展人体骨修复体、关节等植入物的3D打印技术开发,正在开展植入物仿生设计、精准制造和生物特性检测成套技术研究。未来,3D打印开发的复杂零件将在经过验证后获得进一步应用,医用骨科植入物将经过生物检测、临床验证后获得医疗器械资质奠定基础。

根据规划,材料院在3D打印方面将以原料开发+技术应用为主导,逐渐形成惰性气体雾化、旋转圆盘、等离子丝雾化制粉等技术的3D打印粉末制备平台,以及旋锻、辊模拉拔等技术的3D打印用丝材开发平台,开展钛合金、高温合金及特种合金粉末/丝材的开发与定制;同时形成激光束铺粉、电子束铺粉、激光送粉熔覆、电子束熔丝等技术的3D打印加工制造平台,以开放的心态。联合业内企业,开展航空航天、医疗、汽车等领域零部件的深加工和应用合作。形成国内知名的集“原料制备—打印加工—检验检测—应用服务”为一体的3D打印行业领军企业,为青白江区先进材料产业和智慧产业城发展注入强大的生机与活力!(图片来源青白江区委宣传部)

看度记者:张建勋

编辑:何佳昕

来源:看度新闻
相关热词搜索:青白江区    3D金属打印    

相关新闻

0 条评论 手机发评论

评论