作者大卫·纳特，康奈尔大学 这张照片展示了细胞粘附在钛合金上的情况，这种钛合金是通过冷喷涂3D打印技术制成的，显示了这种材料的生物相容性
学分:康奈尔大学 忘记胶水、螺丝、热或其他传统的粘合方法
康奈尔大学领导的一项合作开发了一种三维打印技术，通过以超音速粉碎粉末颗粒来制造蜂窝状金属材料
这种被称为“冷喷涂”的技术形成了机械坚固的多孔结构，比传统制造工艺制造的类似材料强40%
这种结构的小尺寸和多孔性使其特别适合建造生物医学组件，如替代关节
该团队的论文，“通过超音速撞击制造多孔钛-6Al-4V的固态添加剂”，发表于11月
《今日应用材料》第9期
这篇论文的主要作者是阿提埃赫·莫里迪，西布利机械和航天工程学院的助理教授
“我们专注于制造细胞结构，这在热管理、能量吸收和生物医学中有很多应用，”莫里迪说
“我们现在使用塑性变形将这些粉末颗粒粘合在一起，而不是仅使用热量作为粘合的输入或驱动力
" 莫里迪的研究小组专门通过添加制造工艺制造高性能金属材料
添加剂制造不是用一大块材料雕刻成几何形状，而是一层一层地制造产品，这是一种自下而上的方法，让制造商在制造产品时有更大的灵活性
然而，添加剂制造业也不是没有自己的挑战
其中最重要的是:金属材料需要在超过其熔点的高温下加热，这会导致残余应力累积、变形和不必要的相变
为了消除这些问题，莫里迪和他的合作者开发了一种方法，使用压缩气体喷嘴向基底喷射钛合金颗粒
莫里迪说:“这就像绘画，但是三维的东西堆积得更多。”
这些粒子的直径在45到106微米之间(一微米等于百万分之一米)，速度大约为每秒600米，比声速还快
从这个角度来看，另一种主流的添加工艺，直接能量沉积，通过喷嘴以大约每秒10米的速度输送粉末，使得莫里迪的方法快了60倍
粒子并不是以最快的速度被抛出
研究人员必须仔细校准钛合金的理想速度
通常在冷喷涂印刷中，粒子会在临界速度(形成致密固体的速度)和侵蚀速度之间的最佳点加速，此时粒子破碎得太厉害，无法与任何东西结合
相反，莫里迪的团队使用计算流体动力学来确定钛合金颗粒临界速度以下的速度
当以这种稍慢的速度发射时，这些粒子形成了一种更加多孔的结构，这对于生物医学应用来说是理想的，例如膝盖或臀部的人工关节，以及颅骨/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，并把它们植入体内，骨头就能在这些孔中生长，并进行生物固定。”
“这有助于降低植入物松动的可能性
这是一件大事
有很多翻修手术，病人不得不通过这些手术来移除植入物，因为它太松了，而且会引起很大的疼痛
" 虽然这个过程在技术上被称为冷喷涂，但它确实涉及一些热处理
一旦粒子碰撞并结合在一起，研究人员加热金属，使成分相互扩散，像均匀的材料一样沉淀
“我们只关注钛合金和生物医学应用，但这一过程的适用性可能会超出这一范围，”莫里迪说
“本质上，任何能够承受塑性变形的金属材料都可以从这个过程中受益
它为更大规模的工业应用开辟了许多机会，如建筑、交通和能源
"
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