從研發(fā)走向應(yīng)用：賀利氏Heraeus和格拉茨大學(xué)合作3D打印非晶態(tài)金屬醫(yī)療設(shè)備

導(dǎo)言：2019年，賀利氏Heraeus以生產(chǎn)了世界上最大的3D打印非晶態(tài)金屬零部件在行業(yè)中聞名。而這家公司旗下的HeraeusAMLOY是目前世界上唯一一家同時掌握注塑和3D打印兩種技術(shù)來加工非晶態(tài)金屬材料的制造商。2020年，Heraeus AMLOY和通快TRUMPF合作推動非晶態(tài)金屬的工業(yè)級3D打印技術(shù)。2021年這家公司又和格拉茨大學(xué)合作將這項技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備制造領(lǐng)域。

△Heraeus推特發(fā)布與格拉茨大學(xué)合作3D打印非晶態(tài)金屬醫(yī)療設(shè)備

南極熊獲悉，2021年3月1日Heraeus在它的官方社交媒體推特上宣布正式與奧地利第二大和第二古老的大學(xué)——格拉茨大學(xué)合作致力于革新醫(yī)療技術(shù)，將非晶態(tài)金屬材料制成新型醫(yī)療設(shè)備。作為醫(yī)學(xué)應(yīng)用臨床增材制造項目（CAMed）的一部分，這項研究的重點在于完善整個領(lǐng)域的生產(chǎn)鏈。從設(shè)計開發(fā)針對患者的假肢或者植入物，到如何與診所密切合作、制造和使用非晶態(tài)金屬醫(yī)療產(chǎn)品。由于非晶態(tài)合金具有非凡的機(jī)械性能，可以適應(yīng)人體并且生物相容性非常好，新的3D打印設(shè)備有望比現(xiàn)有的鋼或鈦設(shè)備在性能上有著更加顯著的提高。

△來自3D打印機(jī)的無定形植入物（此處為radius骨板）可適應(yīng)骨骼的運動并促進(jìn)愈合過程

傳統(tǒng)醫(yī)療植入物的局限

迄今為止，大多數(shù)金屬醫(yī)療植入人物都是由不銹鋼、鈷鉻合金或者金屬鈦制成的。盡管這些材料植入人體之后能夠發(fā)揮支撐作用，但是卻消解不了患者身體組織生長所產(chǎn)生的作用力，長時間使用彈性較差的植入物還可能會導(dǎo)致疲勞性骨折。因此，生產(chǎn)、應(yīng)用新型具有良好彈性、生物相容性以及更加符合人體工學(xué)的醫(yī)療設(shè)備將會為患者提供更好的醫(yī)療服務(wù)。而增材制造技術(shù)的加入能夠使得加工過程更加簡易、精細(xì)。南極熊之前有介紹過美國NexusSpine公司發(fā)布的新型3D打印脊柱植入物就是3D打印技術(shù)與醫(yī)療的完美結(jié)合。

△澳大利亞醫(yī)療設(shè)備公司Anotomics以前曾進(jìn)行3D打印的鈦肋骨植入物

為什么要使用非晶態(tài)金屬材料？

非晶態(tài)金屬又叫金屬玻璃，是由熔融態(tài)金屬急速冷凍形成的。通過急速冷凍技術(shù)，金屬原子不會形成穩(wěn)定的晶格，而是以無序的方式排列。這使得非晶態(tài)金屬的原子間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于金屬晶體，因此這種材料也不會像普通金屬材料那樣擁有晶界和相界，而且具有特殊的硬度和很高的彈性。不僅如此，這種材料還有著優(yōu)異的機(jī)械性能，具有高于平均水平的耐腐蝕性。同時，它的生物相容性也十分良好。因此，在航空航天、醫(yī)療技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)或者電動汽車等領(lǐng)域都有著很大的潛力。

△左：普通金屬；右邊：非晶態(tài)金屬

△非晶態(tài)金屬

非晶態(tài)金屬材料的制造技術(shù)與應(yīng)用在國外已經(jīng)逐漸形成產(chǎn)業(yè)，但是國內(nèi)的市場卻有待進(jìn)步。2016年，大連交通大學(xué)曾運用3D打印技術(shù)制造非晶態(tài)金屬。時至今日，對于這項技術(shù)在國內(nèi)的市場推廣仍然需要很長的一段路要走。南極熊期待這項技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展和市場應(yīng)用能夠加快步伐，打破海外公司的壟斷，走向世界舞臺！

參考閱讀：

1. 賀利氏攜手通快，為非晶態(tài)金屬的工業(yè)級3D打印拓展新應(yīng)用.

2. Heraeus Tweet.

3. Heraeus AMLOYTechnologies.

4. Amorphous metals asmulti-talents in medical technology.

5. HERAEUS AND UNIVERSITYOF GRAZ PARTNER TO 3D PRINT AMORPHOUS METAL MEDICAL DEVICES.

6. HERAEUS PRESENTS THEWORLD’S LARGEST ADDITIVE MANUFACTURED AMORPHOUS-METAL COMPONENT.