3D打印肌肉组织修复肌肉缺损

供稿人:赵庭泽 连芩 贺健康

华中科技大学材料科学与工程学院柳林教授课题组的张诚等人，开发出一种新型超音速热喷涂3D打印(简称TS3DP)技术，该技术将微尺寸玻璃粉输送到HVOF枪中并通过燃气和氧气混合物的点燃燃烧而部分熔化，然后将半熔融颗粒以超声速度朝向基板表面投射并压平成良好粘合的玻璃状薄片，具体的工作原理:如图1所示。

此技术利用粉末表面熔化以及超音速沉积作用，克服了激光3D打印技术引起的高温度梯度以及热影响区等限制，在大气环境下成功制备出超大尺寸，高致密度（99.7%），近乎100%非晶相，且具有良好断裂韧性的Fe基非晶合金，图2为利用该技术打印的复杂构件。该技术可极其方便地添加任意比例的第二相，制备力学性能更有优异的非晶基复合材料。研究发现，该非晶合金及复合材料具有优异断裂韧性主要归因于热喷涂产生的扁平状层间结构，阻碍裂纹贯穿性扩展，从而提高材料的断裂韧性。在此基础上，辅以预制模板，就可以打印出形状较为复杂的三维非晶零件。相比于传统激光3D打印技术，TS3DP技术具有更高的3D打印效率（是激光3D打印的4-10倍）。

图1 ：热喷涂3D打印技术原理示意图以及大尺寸Fe基非晶合金及复合材料样件

图2：采用模板辅助热喷涂3D打印技术制备的形状复杂的非晶合金及复合材料构件

参考文献：
Zhang C , Wang W , Li Y C , et al. 3D printing of Fe-based bulk metallic glasses and composites with large dimension and enhanced toughness by thermal spraying[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2018:10.1039.C8TA00405F.

供稿人:赵庭泽 连芩 贺健康供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室