近年來,通過 3d 打印定制骨科植入物的優(yōu)勢得到了大家的普遍認(rèn)可,但是 3d 打印仍面臨技術(shù)工藝完善和產(chǎn)品安全性的挑戰(zhàn)。
圖片來自 zsfab 網(wǎng)站,分別為 3d 打印*、髖臼杯、人工椎體
金屬粉末的質(zhì)量對 3d 打印產(chǎn)品的終質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用,其中粉末粒徑分布和形貌是兩個重要特征。
通過飛納臺式(場發(fā)射)掃描電鏡和配套粒徑分析軟件 phenom prosuite,可以從多個維度對金屬粉末進(jìn)行快速表征。
sem 形貌學(xué)成像
作為表面成像工具,sem 普遍的應(yīng)用就是定性評估 3d 打印粉末的形貌,粘連,形狀,圓度,衛(wèi)星球(指大顆粒上附著小顆粒)。
圖 1,2 為兩個不同供應(yīng)商的原料粉末。
圖 1 整體粒徑一致,形狀規(guī)則圓形,無粘連,無不規(guī)則顆粒,形貌特征好。
圖1
圖 2 顆粒則大小各一,且存在顆粒粘連,衛(wèi)星球等缺陷。若選用 2 號樣品,則勢必會影響終打印產(chǎn)品的質(zhì)量,進(jìn)而影響患者的健康安全。
圖2. 藍(lán)色為黏連,綠色為衛(wèi)星球,紅色為不圓
顆粒系統(tǒng)分析
定性分析畢竟只能看個大概,而通過飛納提供的專業(yè)的粒徑分析系統(tǒng)則可以對粉體進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)定量分析。
飛納顆粒統(tǒng)計分析測量系統(tǒng)學(xué)名 particle metric,可以對粉末的粒度以及分布,圓度,面積,等 14 項特征參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析,并且可以給出 d50,d90 等數(shù)據(jù)。
不同于激光粒度儀,飛納顆粒系統(tǒng)是基于掃描電鏡圖像的分析軟件,眼見為實,測量更為。
基于背散射或二次電子圖像識別,顆粒系統(tǒng)自動對每一顆顆粒的各項特征進(jìn)行分析(見圖 3),從而給出各項特征的柱狀分布圖,也可以給出兩個不同參數(shù)的散點(diǎn)分布圖(見圖 4)。
圖3. 顆粒識別示意圖
圖4. 當(dāng)量圓直徑柱狀分布圖,左,按體積(重量算),右,按個數(shù)算
掃描電鏡與 3d 打印
在利用金屬粉末打印多孔結(jié)構(gòu)的骨科植入物的過程中,金屬粉末的質(zhì)量、打印過程參數(shù)設(shè)定影響著產(chǎn)品的使用性能,由于金屬粉末熔融不*,打印完成后的產(chǎn)品會存在金屬粉末附著的情況,金屬粉末粒徑小,若金屬粉末去除不*,產(chǎn)品在植入人體后,存在金屬顆粒脫落的可能,從而引發(fā)并發(fā)癥的風(fēng)險會大大提升,也同樣對產(chǎn)品的安全有效性產(chǎn)生影響。[1]
通過飛納掃描電子顯微鏡可以對產(chǎn)品表面進(jìn)行金屬顆粒附著進(jìn)行快速有效分析,依據(jù)此結(jié)果進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整,優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。
圖 5 所示為 3d 打印髖關(guān)節(jié) sem 照片,圖中可見多個金屬顆粒附著,存在安全隱患。
據(jù)此,可以通過調(diào)整打印過程參數(shù),或增加高壓沖洗,超聲清洗,等離子沖洗等沖洗工藝,以減小金屬附著。
參考文獻(xiàn)
[1] 3d打印骨科植入物金屬粉末去除的相關(guān)方法介紹