增强医疗设备稳定性！Linde和3D Medlab研究氩氦保护气体工艺

导读：激光粉末床融合 (L-PBF) 是一种先进的增材制造工艺，可用于生产复杂格状结构，例如医疗植入物。这种方法采用激光作为热源，选择性熔化连续的金属粉末层，固结材料并生产零件。然而，在3D打印过程中，打印室中的气体混合物对于高质量、易于鉴定和可重复的产品至关重要。因此，Linde和3D Medlab合作测试最佳大气解决方案。测试结果表明，使用Linde新型工艺气体混合物时，飞溅量减少了35%，降低了零件缺陷率。

△仅使用氩气形成飞溅（左图）与使用新型氩氦混合气形成飞溅（右图）（由林德提供）

南极熊获悉，全球工业气体专家林德 (Linde) 在2021年6月14日宣布了用于优化医疗组件增材制造的新工艺气体的测试结果。新型气体混合物由Linde和3D打印医疗设备公司3D Medlab（现隶属于Marle Group）联合开发，旨在提高Ti64先进薄型医疗设备的质量和生产率。

医疗行业复杂晶格结构的生产

研究的进行源于许多人相信晶格结构将成为未来医疗器械开发的关键，因为它们能够更好地融入患者的骨骼和组织结构，减少排异，加快愈合时间。虽然增材制造技术有能力制造晶格结构，但3D打印构建室内最佳和可再现气体氛围也是晶格结构形成的关键。构建室内的杂质会在打印时损坏部件，增加了后处理的成本，降低了打印部件的使用率。特别是，气体氛围中氧含量的任何微小变化都会影响气敏材料的机械或化学特性，从而影响制造部件的性能。当打印机处理钛和铝合金等金属粉末时，这种情况有时会反复出现。

△3D Medlab的“脊柱笼”，使用林德AM技术生产

Linde和3D Medlab的合作项目专注于使用钛合金Ti-6AI-4V，对氧含量十分敏感。通过多次试验，Linde开发的一种新型氦气/氩气混合物使打印过程更顺畅、更清洁，能够与ADDvance O2精密测量和分析技术一起使用。ADDvance O2 precision可以测量和控制打印过程中的氧气和湿度水平。3D Medlab将使用这项技术实现对打印室中氧气浓度和湿度的高水平控制，生产出更高质量的3D打印医疗设备。因此，两家公司开始以客户/供应商的身份合作，3D Medlab利用ADDvance粉末柜保持敏感金属粉末的质量。此后，他们决定汇集各自的专业知识，提高增材制造医疗零件的质量，首先使用钛合金，然后使用镍钛材料。

△ADDvance®O2 Precision解决方案与3D Medlab的打印机一起使用。

氩氦混合气体测试结果

测试于2020年1月至2021年3月期间进行，研究了新工艺气体对Ti64晶格结构的激光粉末床融合 (L-PBF) 过程中飞溅和工艺稳定性的影响及性能。测试团队使用光学断层扫描图片进行过程监控，结果表明，与单独使用氩气相比，使用氩气-氦气混合物时飞溅量显著减少。飞溅物会附着在相邻的打印部件上，降低零件质量。而Linde的氩氦混合气可将飞溅排放量降低35%，降低缺陷部件的制造风险并提高整体表面质量。另外，孔隙率和表面质量是影响复杂零件机械性能的基本因素。研究团队认为，打印室内的惰性气体是影响零件质量和整体生产速度的关键因素。当使用纯氩气会导致一定程度的孔隙率，降低零件质量。Linde和3D Medlab工程师相信，优化的混合保护气体可以改善这一因素。

△安装在3D Medlab的粉柜。

Lince增材制造粉末冶金专家Sophie Dubiez-Le Goff表示，打印可靠可重复产品的能力是提高产品质量的关键，这对医疗行业至关重要。此外，从商业角度来看，打印时间是增材制造中最大的单一成本要素，但可以通过使用正确的气体混合物来加快薄部件的速度。Marle Group增材制造主管Gael Volpi称，孔隙率是我们定义增材制造医疗器械质量的首要标准，与林德的联合大气研究结果表明，工艺气体混合物中氦气与氩气的正确平衡可以对输出质量和生产力产生重大影响。

△ADDvance O2 Precision - AM气体气氛控制

参考阅读：

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