
深圳升華三維科技有限公司

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鉭金屬:高價值的"全能材料"
生物相容性:鉭在人體內無排異反應,且能促進骨細胞生長,成為骨科植入物(如關節、骨板)的理想選擇;
在電子工業中,鉭金屬被用于制造高性能的電容器、電阻器等電子元件,全球60%以上的鉭用于制造高端電容器,其介電常數是鋁的100倍,是5G通信、新能源汽車電控系統的核心元件,其穩定的電學性能為電子設備的可靠運行提供了保障。
在航空航天領域,鉭金屬的高溫強度和抗蠕變性能使其成為發動機部件、航天器熱防護系統等關鍵部件的理想材料,如在F-35戰斗機的發動機部件中,鉭合金燃燒室可承受2000℃以上的高溫。
此外,更令人矚目的是,鉭與人體組織具有天然相容性,是極少數能直接植入人體的金屬材料,在醫療器械領域也有著重要的應用,如多孔鉭植入物已成功應用于骨科、牙科,其仿生結構可促進骨細胞長入,使植入體壽命延長3倍以上。
3D打印鉭金屬:從實驗室到產業化的跨越
在醫療植入領域:如LPBF技術加工過程中高能量密度的激光束能充分且快速地使難熔鉭粉熔化,大大降低了制備生物醫用鉭的難度,提高植入體制備效率,如髖臼杯、踝關節等個性化器械,術后恢復周期可縮短30%。據統計,3D打印多孔鉭髖臼杯的骨長入率較傳統產品提升40%,已在全球完成超過10萬例臨床植入。在2023年,首款3D打印鉭椎間融合器獲中國藥監局批準,標志著其醫療應用的成熟。
▲3D打印的多孔鉭金屬半骨盆假體 ?大連大學附屬中山醫院趙德偉教授團隊
設計自由度:結合拓撲優化技術,可在鉭部件內部構建梯度孔隙結構,同時滿足力學性能與功能需求;
PEP工藝:鉭金屬3D打印的"性價比之選"
但常見激光3D打印鉭金屬,面臨著粉末成本高(球形粉要求嚴格)、殘余應力大、設備投入高等問題,限制規模化應用。升華三維自主研發的粉末擠出3D打印(PEP)技術,融合了“3D打印+粉末冶金”的雙重優勢。針對鉭金屬特性進行了深度優化,將鉭粉與高分子粘結劑均勻混合,制成粒徑為0.3-3mm的顆粒喂料;再通過獨立雙噴嘴螺桿擠出系統3D打印機將喂料精確沉積,構建三維坯體;最后采用催化脫脂+高溫燒結工藝,使得鉭金屬部件致密度達99.5%以上。
▲PEP制備的鉭植入體+難熔金屬難熔金屬復雜填充樣品 @升華三維
材料普適性:兼容球形度低、流動性差的鉭粉(0.2-100μm粒徑),從而降低原料成本,支持高固含量(50-65vol%)的喂料,可進一步提升致密度;
成本與效率優勢:設備成本僅為激光打印的1/5-1/3,且支持粉末循環使用,材料利用率達95%以上,適合中小批量生產;
結構性能穩定:結合粉末冶金燒結工藝,產品力學性能接近鍛件水平,組織均勻、結構無缺陷;
復合材料制備:獨立雙噴嘴擠出系統可支持不同金屬和陶瓷材料的復合打印;
PEP賦能鉭金屬制造,未來前景廣闊
▲PEP可打印的難熔金屬及其合金材料 @升華三維
在醫療器械領域,PEP技術的顆粒擠出方式可呈現出獨特的高接觸面積和低表面質量特性,非常適用于定制復雜結構的鉭金屬植入體,以滿足不同患者的需求;在多材料打印方面,升華三維已可實現鉭與羥基磷灰石等生物陶瓷的復合打印。
▲PEP工藝制備的難熔金屬應用樣品 @升華三維
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