近期，Skoltech 和MEPhI 的研究人员设计了一种激光抛光技术，可以有效地去除3D 打印制造的复杂形状金属零件的表面粗糙度和次表面孔隙。研究成果刊登在专业期刊《光学与激光技术》上，新方法特别适用于医疗植入物的表面处理。该论文证明，激光抛光的方法优于先前可用的任何技术，尤其当粗糙度或孔隙度成为问题时。
“3D 打印可以生产出形状非常复杂的金属零件，但最终表面粗糙并且在表面下约十分之一毫米处存在不受欢迎的孔隙，”论文第一作者同时也是Skoltech 材料中心博士生 Daniel Panov 对此评论道，“我们的团队调整了传统的激光抛光工艺，使钢表面粗糙度和次表面孔隙率降低了约10倍。”
这是值得注意的，因为没有其他精加工技术能够以令人满意的方式同时解决上述两个问题。例如，传统的激光抛光有利于处理表面粗糙度，但它并不能真正帮助处理不需要的孔隙，因为它不能熔化足够深的金属，以达到埋在表面下方约0.1mm 的孔隙。
其他基于冲击的技术使用粒子或激光脉冲反复“锤击”表面，导致孔隙去除，但这些技术在降低表面粗糙度方面取得了适度的效果。事实上，其中一些技术甚至会增加表面粗糙度。
Panov 解释道：“该方法背后的想法很简单。我们不是像传统激光抛光中那样，用‘最佳’功率的激光在表面上完成几道工序，而是在其中一道工序中增加功率，熔化较厚的金属层。”
所谓最佳功率是有原因的，因此这种调整确实牺牲了一些表面质量。但是，当考虑到这种方法可以消除次表面的缺陷时，这几个百分点的微小权衡确实是微不足道的。
唯一的替代方法是机械处理，机械去除材料顶部 0.2mm，去除孔隙，留下光滑表面。然而，这实际上违背了3D 打印的目的。“我们还研究了精加工技术如何影响金属疲劳，”Panov 补充道，“除了表面粗糙度和次表面孔隙率外，这一特性对医疗植入物也很重要，因为它们暴露在重复的机械应力下。结果表明，不仅粗糙度和孔隙率降低了约 90%，而且最终材料的疲劳性能也有所提高。”
在这项研究中，研究人员使用了钢，但他们表示，他们的技术可以转移到由其他两种常用于医疗植入物的金属制成的3D 打印部件：钛和钴铬合金。这是团队目前正在进行的工作。Panov 说：“次表面的孔隙是材料暴露于循环荷载后开始劣化的薄弱点，因此清除它们至关重要。”
“此外，如果你观察人工膝关节，你会注意到它的形状复杂，其中的一些表面暴露于反复摩擦，因此需要进行极度抛光，但对其他人来说，一些粗糙度可能有利于与生物组织的整合。激光抛光具有实现这种选择性的精度。”
该研究的主要研究者、Skoltech 材料技术中心的Igor Shishkovsky 副教授评论说：“让我们的技术更有趣的是，可以使用它来创建具有人工微图案的结构化表面，包括增强表面的吸油性能、润湿条件和简单的雕刻。也可能是更具挑战性的任务，像手术前的植入物表面结构、识别标签放置以及在表面上形成用于功能设备诊断的衍射网格等。”
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