Credit:pix abay/CC0 Public Domain虽然全球数百万人享受着髋关节和膝关节置换带来的新的活动能力，但许多人没有意识到，自20世纪60年代以来，这类植入物中使用的材料基本上保持不变。这种材料钛最初是为火箭和美国太空计划设计的，它坚固、耐腐蚀、重量轻，但与人体骨骼和组织的匹配性不是特别好，经常导致植入物最终失败。
根据《今日材料》杂志上发表的一篇新论文，3D打印世界正在迅速改变材料的设计方式，允许材料开发更好地满足生物医学和航空航天等行业的社会需求，并振兴美国的制造业。
在机械和材料工程学院教授Amit Bandyopadhyay的带领下，研究人员为工业界和学术界提供了一个路线图，利用3D打印(也称为添加制造)来设计新型合金，这种合金是由两种或多种金属元素组成的材料。
Bandyopadhyay说:“有了3D打印，我们实际上可以回到过去，开始重新设计这些具有特定用途的合金，这就是它的美妙之处。“我们将在未来十年看到各种新合金将使用3D打印进行设计。
“它不仅仅是一个做造型的平台。它也是一个为特定应用创造新作品的平台。”
以髋关节和膝关节植入物为例，研究人员多年来一直在添加涂层，试图提高兼容性。与此同时，当细菌找到生长的好地方时，髋关节和膝关节置换手术往往不得不应对植入物上的感染。
Bandyopadhyay说:“也许回到画板上，重新设计一种兼容性更好或抗菌的合金是个好主意。
过去，由于涉及到费用，工业一直被阻止重新设计材料。
该论文的合著者、机械与材料工程学院教授Susmita Bose表示:“通过添加制造或3d打印，您不仅可以按需制造出满足您需求的结构，还可以在有限的成本、时间内实现您想要的功能，并保持较小的制造足迹。
在这项工作中，研究人员概述了3D打印带来的挑战。在开发新材料时，研究人员需要很好地理解他们开发产品的目标。
Bandyopadhyay说:“这个技术平台给了你太多你可以做的事情。“你可以加载16种不同的元素，开始制作构图，得到一百万种不同的构图。第一个挑战是知道你真正在寻找什么。”
研究人员还强调，找到一个成功的合金配方也意味着它必须经过常规制造工艺的测试，以确保每次都能制造出一致的产品。此外，新合金还需要通过监管审查程序。
Bandyopadhyay说，尽管面临挑战，3D打印已经在改变美国制造业的面貌。这项技术正被用于打印出专门为人们需求定制的产品，如植入物，美国已经成为3D打印制造的领导者。
“这些植入物大多在美国制造和使用，”他说。“它非常有效地改变了美国的制造业模式。”
“看到你的视力和你的研究挑战来到病人的床边并被用于社会，这提供了一种极大的满足感，”博斯补充道。
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