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復(fù)納科學(xué)儀器(上海)有限公司

掃描電鏡 | 3D 打印產(chǎn)品質(zhì)量控制

時(shí)間:2019-8-21 閱讀:2557
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近年來(lái),通過(guò) 3D 打印定制骨科植入物的優(yōu)勢(shì)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(lái)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(duì) 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(gè)重要特征。

 

通過(guò)飛納臺(tái)式(場(chǎng)發(fā)射)掃描電鏡和配套粒徑分析軟件 Phenom Prosuite,可以從多個(gè)維度對(duì)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(píng)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(gè)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(wú)粘連,無(wú)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(hào)樣品,則勢(shì)必會(huì)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(gè)大概,而通過(guò)飛納提供的專業(yè)的粒徑分析系統(tǒng)則可以對(duì)粉體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)定量分析。

 

飛納顆粒統(tǒng)計(jì)分析測(cè)量系統(tǒng)學(xué)名 Particle Metric,可以對(duì)粉末的粒度以及分布,圓度,面積,等 14 項(xiàng)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(jiàn)為實(shí),測(cè)量更為。

 

基于背散射或二次電子圖像識(shí)別,顆粒系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)每一顆顆粒的各項(xiàng)特征進(jìn)行分析(見(jiàn)圖 3),從而給出各項(xiàng)特征的柱狀分布圖,也可以給出兩個(gè)不同參數(shù)的散點(diǎn)分布圖(見(jiàn)圖 4)。

 

   

圖3. 顆粒識(shí)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(gè)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(guò)程中,金屬粉末的質(zhì)量、打印過(guò)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(huì)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(xiǎn)會(huì)大大提升,也同樣對(duì)產(chǎn)品的安全有效性產(chǎn)生影響。[1]

 

通過(guò)飛納掃描電子顯微鏡可以對(duì)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(jiàn)多個(gè)金屬顆粒附著,存在安全隱患。

 

據(jù)此,可以通過(guò)調(diào)整打印過(guò)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

 

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