康奈尔（Cornell）领导的合作开发了一种3D打印技术，该技术通过以超音速速度将粉末颗粒粉碎在一起，从而创建蜂窝金属材料。
这种称为“冷喷雾”的技术形式导致机械强大的多孔结构比传统制造工艺制成的类似材料强40％。结构的小尺寸和孔隙率使它们特别适合构建生物医学组件，例如替换关节。万博平台盘口
该团队的论文“由超音速影响对多孔Ti-6Al-4V的固态添加剂制造”，今天于2020年11月9日在Applied Materials发表。
该论文的主要作者是康奈尔（Cornell）机械和航空航天工程的助理教授Atieh Moridi。
Moridi说：“我们专注于制造细胞结构，这些细胞结构在热管理，能量吸收和生物医学中有很多应用。”“与其仅使用热量作为键合的输入或驱动力，我们现在使用塑性变形将这些粉末颗粒粘合在一起。”
Moridi的研究小组专门通过增材制造工艺创建高性能金属材料。但是，增材制造并非没有自己的挑战。其中最重要的是：金属材料需要在高温超过其熔点的高温下加热，这可能会导致残留的应力积累，失真和不需要的相变。
为了消除这些问题，Moridi和合作者使用压缩气体喷嘴开发了一种方法，以在底物处发射钛合金颗粒。
莫里迪说：“这就像绘画一样，但事情在3D中的发展得多。”
颗粒的直径在45至106微米之间（微米为一百万米），以每秒600米的速度行驶，比声速快。为了透视这一点，另一个主流添加剂过程，直接的能量沉积，以每秒10米的速度以10米的速度通过喷嘴提供粉末，使Moridi的方法速度快60倍。
颗粒不仅会尽快投掷。研究人员必须仔细校准钛合金的理想速度。通常，在冷喷雾印刷中，粒子在其临界速度之间的最佳位置会加速，即它可以形成浓密的固体的速度 - 及其侵蚀速度，当它崩溃过多以至于无法与任何东西结合。
取而代之的是，Moridi的团队使用计算流体动力学来确定钛合金颗粒的临界速度下的速度。当以稍慢的速度发射时，颗粒会产生更多孔的结构，这是生物医学应用的理想选择，例如膝盖或髋关节的人造关节，以及颅/面部植入物。
莫里迪说：“如果我们用这种多孔结构制作植入物，并且将它们插入体内，则骨骼可以在这些毛孔内生长并产生生物固定。”“这有助于减少植入物松动的可能性。这很重要。患者必须进行许多修订手术，以清除植入物，只是因为它松动并且会引起很多痛苦。”
尽管该过程在技术上称为冷喷雾剂，但确实涉及一些热处理。一旦颗粒碰撞并粘合在一起，研究人员就会加热金属，使组件将相互扩散并像均匀的材料一样沉降。
莫里迪说：“我们只专注于钛合金和生物医学应用，但是这一过程的适用性可能超出了这一点。”“从本质上讲，任何可以忍受塑性变形的金属材料都可以从此过程中受益。它为大规模的工业应用（例如建筑，运输和能源）打开了很多机会。”
合着者包括博士生Akane Wakai和麻省理工学院，米兰理工大学，伍斯特理工学院，伦敦布鲁内尔大学和赫尔米特·施密特大学的研究人员。
资料来源：康奈尔编年史
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