医療機器の安定性を強化！リンデと3Dメドラボがアルゴンとヘリウムの保護ガスプロセスを研究

この投稿は Spectacled Bear によって 2021-6-16 07:52 に最後に編集されました。

はじめに: レーザー粉末ベッド融合 (L-PBF) は、医療用インプラントなどの複雑な格子構造を製造するために使用できる高度な付加製造プロセスです。この方法では、レーザーを熱源として使用し、金属粉末の連続層を選択的に溶かして材料を固め、部品を製造します。ただし、3D 印刷プロセス中、印刷チャンバー内のガス混合物は、高品質で識別しやすく、繰り返し可能な製品にとって非常に重要です。そのため、Linde と 3D Medlab は協力して、最適な大気ソリューションをテストしました。テスト結果によると、Linde の新しいプロセスガス混合物を使用すると、スパッタの量が 35% 減少し、部品の不良率が減少します。
△アルゴンのみを使用したスプラッシュ（左）と新しいアルゴン・ヘリウム混合ガスを使用したスプラッシュ（右）（リンデ提供）
アンタークティックベアは、世界的な産業用ガス専門企業であるリンデが、医療部品の積層造形を最適化するための新しいプロセスガスのテスト結果を2021年6月14日に発表したことを知りました。この新しいガス混合物は、Ti64 の先進的な薄型医療機器の品質と生産性を向上させるために、Linde と 3D プリント医療機器会社 3D Medlab (現在は Marle Group の一部) が共同で開発しました。
医療業界向け複雑な格子構造の製造<br /> この研究は、格子構造が患者の骨や組織の構造にうまく溶け込み、拒絶反応を減らし、治癒時間を早めることができるため、将来の医療機器開発の鍵となるだろうと多くの人が信じている中で行われた。積層造形技術は格子構造を作成する能力を持っていますが、3D プリント構築チャンバー内の最適かつ再現可能なガス雰囲気も格子構造の形成に重要です。ビルドチャンバー内の不純物は、印刷中に部品を損傷し、後処理コストを増加させ、印刷された部品の有用性を低下させる可能性があります。特に、ガス雰囲気中の酸素含有量のわずかな変化が、ガスに敏感な材料の機械的または化学的特性に影響を与え、製造された部品の性能に影響を与える可能性があります。プリンターがチタンやアルミニウム合金などの金属粉末を処理しているときに、これが繰り返し発生することがあります。
△リンデAM技術を用いて製造された3Dメドラボの「脊椎ケージ」
Linde と 3D Medlab の共同プロジェクトは、酸素含有量に非常に敏感なチタン合金 Ti-6AI-4V の使用に重点を置いています。 Linde は、多くの試行を経て、よりスムーズでクリーンな印刷プロセスを可能にし、ADDvance O2 精密測定および分析テクノロジーで使用できる新しいヘリウム/アルゴン混合物を開発しました。 ADDvance O2 precision は、印刷プロセス中に酸素と湿度のレベルを測定および制御できます。 3D Medlab はこの技術を使用して、印刷室内の酸素濃度と湿度を高度に制御し、より高品質の 3D プリント医療機器を製造します。その結果、両社は顧客/サプライヤーとして協力関係を開始し、3D Medlab は ADDvance 粉末キャビネットを使用して敏感な金属粉末の品質を維持しています。そこで彼らは、まずチタン合金を使用し、次にニッケルチタン材料を使用して、付加製造された医療部品の品質を向上させるために専門知識を共有することを決定しました。
△3D Medlabのプリンターで使用されるADDvance® O2 Precisionソリューション。
アルゴン・ヘリウム混合ガス試験結果<br /> テストは2020年1月から2021年3月にかけて実施され、Ti64格子構造のレーザー粉末床溶融（L-PBF）プロセス中のスパッタとプロセス安定性に対する新しいプロセスガスの影響とパフォーマンスを調査しました。テストチームは光トモグラフィー画像を使用してプロセスを監視し、アルゴン単独の場合と比較してアルゴンとヘリウムの混合物を使用した場合のスパッタの量が大幅に減少することを示しました。飛沫が隣接する印刷部品に付着し、部品の品質が低下する可能性があります。 Linde のアルゴンヘリウム混合ガスは、スパッタ放出を 35% 削減し、不良部品の製造リスクを軽減し、全体的な表面品質を向上させます。さらに、多孔性と表面品質は、複雑な部品の機械的特性に影響を与える基本的な要因です。研究チームは、プリント室内の不活性雰囲気が部品の品質と全体的な生産速度に影響を与える重要な要素であると考えています。純粋なアルゴンを使用すると、ある程度の多孔性が生じ、部品の品質が低下します。 Linde と 3D Medlab のエンジニアは、シールドガスの混合物を最適化することでこの要素を改善できると考えています。
△3D Medlabに設置されたパウダーキャビネット。
Lince 社の付加製造粉末冶金スペシャリストである Sophie Dubiez-Le Goff 氏は、信頼性が高く、再現性のある製品を印刷する能力が、医療業界にとって極めて重要な製品品質の向上の鍵であると述べています。さらに、商業的な観点から見ると、印刷時間は積層造形における最大のコスト要素ですが、適切なガス混合物を使用することで薄い部品をより速く製造できます。 Marle Group の付加製造部門責任者である Gael Volpi 氏は、次のように述べています。「多孔性は、付加製造された医療機器の品質を定義するための当社の第一の基準であり、Linde との共同雰囲気研究の結果、プロセスガス混合物におけるヘリウムとアルゴンの適切なバランスが、出力品質と生産性に大きな影響を与える可能性があることがわかりました。」
△ADDvance O2 Precision - AMガス雰囲気制御

参考：1. Lindeと3D Medlabの共同テストにより、最適なプロセスガスを使用することで積層造形医療機器の安定性を向上できることが証明されました。
2. 最適なガス混合は医療機器の積層造形プロセスの安定性を向上させるのに役立つ
3. リンデと3Dメドラボが付加製造医療機器研究の取り組みを発表
4. ADDvance O2 精度 - AM ガス雰囲気制御

医療機器の安定性を強化！リンデと3Dメドラボがアルゴンとヘリウムの保護ガスプロセスを研究

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