忘记胶水，螺丝，加热或其他传统的粘接方法。康奈尔大学领导的一个合作项目开发了一种3D打印技术，通过超音速粉碎粉末粒子来制造多孔金属材料。
这种技术形式，称为“冷喷雾”，导致机械稳健，多孔结构比用常规制造方法制备的类似材料强度为40％。结构的小尺寸和孔隙率使它们特别适合建造生物医学部件，如更换关节。万博平台盘口
该团队的论文《通过超音速冲击固态增材制造多孔Ti-6Al-4V》发表在11月9日的《今日应用材料》杂志上。
这篇论文的主要作者是西布里机械与航空航天工程学院(Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering)助理教授Atieh Moridi。
“我们专注于制造蜂窝结构，在热管理，能量吸收和生物医学中具有大量应用，”莫利迪说。“而不是使用作为输入的热量或用于粘合的驱动力，我们现在正在使用塑性变形来将这些粉末颗粒粘合在一起。”
Moridi的研究小组专注于通过添加剂制造工艺创造高性能金属材料。而不是雕刻出几何形状从一块大型材料中，添加剂制造通过层构成产品层，这是一种自下而上的方法，使制造商在他们创造的内容中具有更大的灵活性。
然而，添加剂制造并非没有自己的挑战。其中最重要：金属材料需要在超过其熔点的高温下加热，这可能导致残余应力堆积，失真和不需要的相变。
为了消除这些问题，莫利迪和合作者使用压缩气体喷嘴在基材上灭火钛合金颗粒的方法开发了一种方法。
莫里迪说:“这就像绘画，但在3D中建立的东西要多得多。”
这些粒子的直径在45到106微米之间(一微米是一米的百万分之一)，速度大约为每秒600米，比音速还快。为了更好地理解这一点，另一种主流的添加剂工艺，直接能量沉积，通过喷嘴以每秒10米的速度输送粉末，使Moridi的方法快了60倍。
颗粒不仅可以尽快击落。研究人员必须小心地校准钛合金的理想速度。通常在冷喷涂印刷中，颗粒将在其临界速度之间的甜点之间加速 - 当它崩溃太多以粘合到任何东西时，它可以形成密集的固体的速度和其侵蚀速度。
相反，Moridi的团队使用计算流体动力学来确定一个速度刚好低于钛合金粒子的临界速度。当以这种稍微慢一点的速度发射时，粒子产生了一个更多孔的结构，这是理想的生物医学应用，如膝关节或髋关节的人工关节，以及颅/面部植入。
莫里迪说:“如果我们用这种多孔结构制作植入物，并将其植入体内，骨头就能在这些孔隙中生长，并形成生物固定。”“这有助于降低植入物松动的可能性。这是一件大事。因为假体松了，会造成很大的疼痛，病人不得不做很多修复手术来移除假体。”
虽然这个过程在技术上被称为冷喷，但它确实涉及一些热处理。一旦粒子碰撞并粘合在一起，研究人员就加热金属，这样这些成分就会扩散到彼此身上，并像均匀的材料一样沉淀下来。
“我们只专注于钛合金和生物医学应用，但这种过程的适用性可能超出，”莫利迪说。“基本上，任何可以忍受塑性变形的金属材料可以受益于此过程。它为大规模的工业应用开辟了很多机会，如建筑，运输和能量。“
共同作者包括来自MIT，米兰理工学院，米兰，伍斯特理工学院，伦敦伦敦伦敦和赫尔穆特施密特大学的博物馆，米兰大学的MIT博士沃卡和研究人员。
这项研究得到了麻省理工-意大利全球种子基金和波利米国际研究基金的部分支持。
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