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掃描電鏡 | 3D 打印產(chǎn)品質(zhì)量控制
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 ，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(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
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2025第十屆華南空氣壓縮機展覽會
展會城市：佛山市展會時間：2025-05-21