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掃描電鏡 | 3D 打印產(chǎn)品質(zhì)量控制

 更新時間:2019-08-21 點擊量:2401

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可,但是 3D 打印仍面臨技術工藝完善和產(chǎn)品安全性的挑戰(zhàn)。

 

圖片來自 ZSFab 網(wǎng)站,分別為 3D 打印股骨柄、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行快速表征。

 

SEM 形貌學成像

 

作為表面成像工具,SEM 普遍的應用就是定性評估 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,進而影響患者的健康安全。

 

圖2. 藍色為黏連,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)則可以對粉體進行統(tǒng)計學定量分析。

 

飛納顆粒統(tǒng)計分析測量系統(tǒng)學名 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)進行準確分析,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)的散點分布圖(見圖 4)。

 

   

圖3. 顆粒識別示意圖

 

    

圖4. 當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)品表面進行金屬顆粒附著進行快速有效分析,依據(jù)此結(jié)果進行工藝參數(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

[1] 3D打印骨科植入物金屬粉末去除的相關方法介紹

 

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