Ką HIP (karštas izostatinis presavimas) naudingas medicinos pramonei?

Kas yra HIP ir kaip tai veikia

Karštas izostatinis presavimas (HIP) tuo pačiu metu uždaro indo viduje iš visų pusių taiko aukštą temperatūrą ir vienodą dujų slėgį. Dalys kaitinamos iki 900–1200 laipsnių (priklausomai nuo medžiagos) ir veikiamos 100–200 MPa slėgiu (maždaug 1 000–2 000 atmosferų) keletą valandų.

„Izostatinė“ dalis reiškia, kad slėgis yra vienodas iš visų pusių -, skirtingai nei kryptinis kalimas ar presavimas. Ši vienoda jėga uždaro vidines tuštumas, žymiai nedeformuodama išorinės formos. Metalinėse 3D spausdintose dalyse HIP sutraukia dujų poras, trūksta -lydymosi tuštumų ir rakto skylutės poringumas, taip pat padeda sumažinti liekamąjį įtempimą ir homogenizuoti mikrostruktūrą.

SLM Ti-6Al-4V stuburo tarpkūnių narvas patenka į HIP kraujagyslę su 0,3–1,2 % vidinio poringumo. Jis išeina, kai poringumas mažesnis nei 0,01%. Pokytis išoriškai nematomas, bet labai svarbus ilgalaikiam implanto patvarumui.

Kodėl metalinės 3D spausdintos medicininės dalys turi poringumo problemą?

SLM/DMLS procesas sukuria poringumą dėl greito lydymosi ir kietėjimo: įstrigusios dujos, nepilnas sluoksnių susiliejimas arba rakto skylutės poveikis dėl per didelės energijos. Nors pramoninės dalys gali toleruoti nedidelį poringumą, medicininiai implantai to negali. Netgi mikroskopinės tuštumos veikia kaip įtempių koncentratoriai ir plyšių atsiradimo vietos cikliškai apkraunant kūną.

Akytumas žymiai sumažina nuovargio naudojimo trukmę - apkrovą{1}}nešančių implantų gedimo būdas numeris vienas.

Duomenų lentelė: SLM dalių poringumo tipai

Ką HIP daro medicinos metalo 3D spausdintoms dalims

Akytumo pašalinimas: uždaro vidines tuštumas, kurios susilpnina dalį.

Gyvenimo nuovargio pagerėjimas: dažnai padidina nuovargio stiprumą 30–100 %+.

Mikrostruktūrinis homogenizavimas: sumažina anizotropinius stulpelius, kad savybės būtų nuoseklesnės.

Liekamojo įtempio mažinimas: papildo arba iš dalies pakeičia atskirą įtempių mažinimo atkaitinimą.

Duomenų lentelė: mechaninės savybės - Ti-6Al-4V SLM

Dėl HIP nuovargio tarnavimo laiko jis ypač vertingas metalo priedų gamybos implantams.

HIP parametrai medicinos reikmėms

Įprasti ciklai naudoja 920–1200 laipsnių 100–200 MPa 2–4 ​​valandas, priklausomai nuo lydinio ir poringumo lygio. Ti-6Al-4V dažnai naudoja ~920–950 laipsnių / 100–150 MPa. CoCr ir 316L turi savo optimizuotus langus. Inertinė argono atmosfera neleidžia oksiduotis.

Duomenų lentelė: tipiniai HIP parametrai

Medžiaga-pagal-Medžiagą

Ti-6Al-4V ELI: aukso standartas; gerai dokumentuotas ortopedinių ir stuburo implantų nuovargio padidėjimas.

CoCr lydiniai: pagerina dantų karkasų ir sąnarių atsparumą dilimui ir nuovargį.

316L nerūdijantis plienas: padidina atsparumą korozijai kartu su tankinimu.

AlSi10Mg: naudinga ne-implantuojamiems medicininiams korpusams ir prototipams, kurie pradedami gamintialiuminio 3D spausdinimo prototipo modeliavimas.

„Inconel“: naudinga didelio našumo{0}}kryžminėms programoms.

HIP ir kiti įrašų{0}}apdorojimo metodai

HIP pasižymi vidiniu tankinimu, o įtempių mažinimas sutelkia dėmesį į paviršiaus įtempimus, o elektropoliravimas pagerina paviršiaus apdailą. Siekiant optimalių rezultatų, HIP dažnai derinamas su kitais veiksmais. Nors ir brangu, jis yra daug pigesnis nei implanto gedimas ar atšaukimas.

Kur HIP telpa visoje{0}}posto apdorojimo sekoje

HIP paprastai atliekamas pašalinus atramą, bet prieš galutinį apdirbimą, kad būtų galima valdyti nedidelius matmenų pakeitimus. Jis veikia sinergiškai su paviršiaus apdorojimu, pvz., pasyvavimu.

Reguliavimo reikalavimai

ASTM F3001 ir F2924 pripažįsta, kad HIP yra priimtinas AM titano implantų tankinimo metodas. FDA 2024 gairėse ir ES MDR pabrėžiami patvirtinti mechaninio patvarumo procesai. Kvalifikuoti gamintojai HIP ciklus dokumentuoja įrenginio istorijos įraše.

Medicinos taikymas

HIP suteikia išmatuojamą naudą klubų stiebams, kelio padėklams, stuburo narveliams, dantų karkasams ir tam tikrų aliuminio medicinos prietaisų korpusams.

Dažnai užduodami klausimai

Ką HIP daro metalinei 3D spausdintai daliai?

Jis uždaro vidinį poringumą, pagerina nuovargio trukmę, homogenizuoja mikrostruktūrą ir sumažina liekamuosius įtempius.

Ar HIP pagerina SLM Ti-6Al-4V implantų nuovargio tarnavimo laiką?

Taip - dažnai 30–100 % ar daugiau, priklausomai nuo pradinio poringumo.

Ar metaliniams 3D spausdintiems medicininiams implantams reikalingas HIP?

Ne visada aiškiai reikalaujama, bet dažnai būtina, kad būtų laikomasi nuovargio ir reguliavimo mechaninių reikalavimų.

Kuo skiriasi HIP ir streso mažinimo atkaitinimas?

HIP naudoja slėgį, kad uždarytų poringumą (vidinį), o įtempių mažinimas pirmiausia sumažina liekamuosius įtempius be reikšmingo tankinimo.

Ar aliuminio 3D spausdintos dalys gali būti apdorotos HIP?

Taip, esant žemesnei temperatūrai; naudinga medicinos prototipams ir pasirinktiems komponentams.