金属3D打印的魅力---多孔结构
点击量：723 发布时间：2017-04-20 作者：状迈（上海）增材制造技术有限公司
金属3D打印被认为位于3D打印金字塔尖的位子，从飞机发动机部件到航空卫星组件，汽车部件，医疗植入无不将它推到了最前沿的位子，而销售额排名全球前五的3D打印厂商有3家也主要集中在金属增材制造领域，国内的多家企业也开始大量投入资源开发这个领域。到底是什么使得大家对价格高昂的金属3D打印机如此的青睐，金属打印的魅力又在哪里呢？
传统制造术一般都是通过下料或制造辅助的模具来形成毛坯件，然后再进行大量的后续机械切削加工，最终满足从型材坯料或铸造毛坯件到成品的要求，基本原理都是去除材料以获得尺寸要求的“减材制造”。而3D打印采用不同的工艺，即采用增材堆积的措施，根据最终尺寸要求在基板上进行材料的堆积，成型的零件直接使用或表面微加工后直接使用。新的成型模式使得传统工艺不容易成型或不可能成型的结构诞生了，那些内部结构复杂设计精妙功能结构的进入我们的眼帘。
为什么我们需要这些结构？我们可以来看几个应用案例。
(1) 北京大学第三医院成功为一名骨科脊索瘤患者切除五节段脊椎肿瘤，并利用世界首个3D打印多节段胸腰椎植入物完成长达19厘米大跨度椎体重建术手术。
(2) 四军医大学西京骨科医院采用金属3D打印技术制备出与患者锁骨和肩胛骨完全一致的钛合金假体，并成功植入骨肿瘤患者体内。
(3) 阿根廷进行了一例3D打印植入物植入患者脑颅手术。这名患者进行的是与中风有关的手术。医生为其植入的是按患者头骨制造的3D打印假体。
这3例医学植入案例可以发现，按照患者做了个性化植入设计时，避免不了多孔结构的应用，因为金属的密度多比人体器官骨骼大，成功的设计不仅要考虑到形状符合要求，更要考虑到重量和制作出骨骼真实的渗透性。多孔结构对于肌肉、骨骼和软组织的生长都更好，还降低了液体积聚和感染的机会。
加拿大麦吉尔大学（McGill）机械工程系教授Damiano Pasini及其团队最近成功研制出了一种新型的3D打印骨骼（大腿骨）植入物，号称能解决现有同类型植入物“不够舒适”和“会逐渐被腐蚀”的问题。这种植入物之所以如此神奇主要是因为它的结构是疏松多孔的，更接近天然骨骼，能有效骗过植入部位周围的剩余骨骼，让它们继续正常工作，由此带来的好处就是这种植入物能更好地与人体融合。实际上，Pasini教授的这项研究从6-7年前就已经开始了，直到现在借助金属3D打印技术才最终得以实现。
进一步观察多孔结构的内部构造，下图中的多孔金属结最小结构尺寸只有0.15mm，这种结构传统工艺很难构建出来，需要及其复查和繁琐的工艺，只停留在理论层面，而金属3D打印可以轻松实现，突破了成型的壁垒。
而且3D打印的部件与传统制造技术，如铸造，生产出来的部件相比，往往具有更好的机械性能。因为有的金属3D打印工艺会涉及到非常专业前沿的冶金学技术，能够生成独特的微观结构。同时热影响区域直接环绕着激光熔池能够产生精制晶粒。
