增強醫(yī)療設備穩(wěn)定性！Linde和3D Medlab研究氬氦保護氣體工藝

導讀：激光粉末床融合 (L-PBF) 是一種先進的增材制造工藝，可用于生產復雜格狀結構，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，固結材料并生產零件。然而，在3D打印過程中，打印室中的氣體混合物對于高質量、易于鑒定和可重復的產品至關重要。因此，Linde和3D Medlab合作測試最佳大氣解決方案。測試結果表明，使用Linde新型工藝氣體混合物時，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果。新型氣體混合物由Linde和3D打印醫(yī)療設備公司3D Medlab（現(xiàn)隸屬于Marle Group）聯(lián)合開發(fā)，旨在提高Ti64先進薄型醫(yī)療設備的質量和生產率。

醫(yī)療行業(yè)復雜晶格結構的生產

研究的進行源于許多人相信晶格結構將成為未來醫(yī)療器械開發(fā)的關鍵，因為它們能夠更好地融入患者的骨骼和組織結構，減少排異，加快愈合時間。雖然增材制造技術有能力制造晶格結構，但3D打印構建室內最佳和可再現(xiàn)氣體氛圍也是晶格結構形成的關鍵。構建室內的雜質會在打印時損壞部件，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械或化學特性，從而影響制造部件的性能。當打印機處理鈦和鋁合金等金屬粉末時，這種情況有時會反復出現(xiàn)。

△3D Medlab的“脊柱籠”，使用林德AM技術生產

Linde和3D Medlab的合作項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，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將使用這項技術實現(xiàn)對打印室中氧氣濃度和濕度的高水平控制，生產出更高質量的3D打印醫(yī)療設備。因此，兩家公司開始以客戶/供應商的身份合作，3D Medlab利用ADDvance粉末柜保持敏感金屬粉末的質量。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的打印機一起使用。

氬氦混合氣體測試結果

測試于2020年1月至2021年3月期間進行，研究了新工藝氣體對Ti64晶格結構的激光粉末床融合 (L-PBF) 過程中飛濺和工藝穩(wěn)定性的影響及性能。測試團隊使用光學斷層掃描圖片進行過程監(jiān)控，結果表明，與單獨使用氬氣相比，使用氬氣-氦氣混合物時飛濺量顯著減少。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險并提高整體表面質量。另外，孔隙率和表面質量是影響復雜零件機械性能的基本因素。研究團隊認為，打印室內的惰性氣體是影響零件質量和整體生產速度的關鍵因素。當使用純氬氣會導致一定程度的孔隙率，降低零件質量。Linde和3D Medlab工程師相信，優(yōu)化的混合保護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，打印可靠可重復產品的能力是提高產品質量的關鍵，這對醫(yī)療行業(yè)至關重要。此外，從商業(yè)角度來看，打印時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)療器械質量的首要標準，與林德的聯(lián)合大氣研究結果表明，工藝氣體混合物中氦氣與氬氣的正確平衡可以對輸出質量和生產力產生重大影響。

△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