Kā virsmas raupjums ietekmē baktēriju pieķeršanos metāla 3D drukāšanai

Ja esat šajā nozarē darbojies pietiekami ilgi, jūs zināt, ka "rupja" daļa ir tikai aicinājums uz nepatikšanām -, it īpaši, ja šī daļa nonāk medicīnas ierīcēs, pārtikas pārstrādes iekārtās vai jebkurā vidē, kurā baktērijas nevar paciest.

Daudzi klienti pie mums ierodas, koncentrējoties tikai uz to, vai mēs varam izdrukāt ģeometriju. Viņi ir pārsteigti, kad mēs sākam runāt par virsmas raupjumu (Ra vērtībām), baktēriju adhēziju un pēc{1}}apstrādi. In SLM Rapid Prototyping unMetāla 3D drukas tehnoloģijas, virspusē esošā neredzamā mikro-pasaule bieži nosaka, vai jūsu daļa sekmīgi{1}}izdodas reālajā lietošanā.

Izpratne par "kāpņu efektu" SLM ātrajā prototipā

SLM (Selective Laser Melting) veido detaļas slāni pa slānim. Katrs slānis ir aptuveni 20–60 μm biezs, un lāzers izkausē metāla pulveri. Tas rada slaveno "kāpņu efektu" uz slīpām vai izliektām virsmām.

Atšķirībā no CNC apstrādes, kas vienmērīgi nogriež materiālu, SLM dabiski atstāj aiz sevis daļēji izkusušas pulvera daļiņas un redzamas slāņa līnijas. Tā kā -izdrukātās SLM daļas parasti iznāk ar Ra 8–25 μm atkarībā no orientācijas, pulvera izmēra (parasti 15–45 μm) un procesa parametriem. Tas ir 10–50 reizes rupjāks nekā tas, ko pieņem lielākā daļa medicīnas vai pārtikas produktu{9}}lietotāju.

Šīs mikro{0}}kabatas un ielejas darbojas kā mazas alas. Baktērijas tos mīl, jo tās ir aizsargātas no mehāniskās tīrīšanas, šķidruma plūsmas un pat dažām sterilizācijas metodēm. 3D drukātajos metāla medicīniskajos implantos tas ir īpaši svarīgi - viena slikti apstrādāta virsma var pārvērst daudzsološu prototipu par regulējošām galvassāpēm.

Kāpēc raupjumam ir nozīme

Baktērijas nenokļūst nejauši. Viņi veic divu{1}}pakāpju procesu:

Atgriezenisks stiprinājums (vāji van der Vālsa spēki).

Neatgriezeniska noenkurošanās (pili un ārpusšūnu polimēru vielas).

Rupjas virsmas nodrošina fizisku aizsardzību un palielina saskares laukumu. Pētījumi konsekventi liecina, ka virsmām ar Ra > 0,8 μm ir ievērojami augstāka baktēriju adhēzija. Viens bieži citēts skaitlis: pārejot no Ra 0,8 μm uz Ra 10 μm, parastiem celmiem, piemēram, Staphylococcus aureus un Pseudomonas aeruginosa, baktēriju piesaistes ātrumu var palielināt par 300–400%.

Savu lomu spēlē arī hidrofobitāte. Rupjākas virsmas bieži kļūst hidrofobākas (lotosa efekts otrādi), kas dažkārt var palīdzēt vai kaitēt atkarībā no baktēriju veida. Bet praksē lielākajā daļā medicīnas un pārtikas lietojumu topogrāfija pārspēj ķīmiju kā dominējošo faktoru.

Galvenie parametri, kas jāņem vērā:

Ra: vidējais raupjums (visbiežāk norādīts).

Rz: maksimālais pīķa-līdz-ielejas augstums (labāk uztvert bīstamas dziļas ielejas).

Sa: 3D apgabala raupjums (arvien biežāk tiek izmantots progresīvās metāla 3D drukas ražotāju kvalitātes sistēmās).

Materiāla nozīme: titāns pret nerūsējošo tēraudu SLM

Dažādi sakausējumi darbojas atšķirīgi:

Titāns (Ti-6Al-4V ELI) ir 3D drukāto metāla medicīnisko implantu karalis. Tā dabiskais oksīda slānis ir bioloģiski saderīgs, taču apdrukātajām virsmām joprojām ir nepieciešama rūpīga apdare. Rupjš titāns veicina osseointegrāciju (kaulu augšanu) pareizajās zonās, bet nekontrolēts raupjums izraisa infekciju.

316L Stainless Steel ir pārtikas un daudzu atkārtoti lietojamu medicīnisko instrumentu darba zirgs. Tas nodrošina izcilu izturību pret koroziju pēc pareizas apdares un ir pielaidīgāks vairumtirdzniecības rūpnieciskās 3D drukas pakalpojumos pārtikas tehnoloģiju lietojumiem.

Šeit ir praktisks salīdzinājums:

No raupja līdz gludai

Nopietnās lietojumprogrammās nevar izlaist pēc{0}apstrādi.

Mehāniskā pulēšana ir ātra un lēta, taču tā cīnās ar iekšējiem kanāliem un atstāj izsmērētu slāni, kas var paslēpt piesārņotājus.

Elektropulēšana ir medicīnas un pārtikas{0}}detaļu zelta standarts. Tas vislabāk izšķīdina smailes, noņem izsmērēto slāni un uzlabo pasīvo oksīda plēvi. 316L tas ievērojami uzlabo izturību pret koroziju un tīrāmību.

Ķīmiskā apstrāde (titāna kodināšana ar skābi) un abrazīvās plūsmas mehāniskā apstrāde (AFM) ir būtiskas sarežģītām iekšējām ģeometrijām, kas ir izplatītas pēc pasūtījuma.SLM ātrā prototipēšanarūpnīcu projekti.

Labs metāla 3D drukas pakalpojumu sniedzējs ar integrētu apdari optimizēs visu ķēdi -, ne tikai izdrukās un nodos jums aptuvenu daļu.

Reālas pasaules-scenāriji

1. gadījuma izpēte: Zobu implanti Klients izdrukāja titāna implantus ar vienmērīgu raupjumu. Kaulu integrācija bija pienācīga, taču transmukozālā apkakle izraisīja atkārtotas peri-implantīta problēmas. Pāreja uz zonētu apdari (rupjš korpuss + elektropulēta apkakle) atrisināja problēmu un izturēja klīnisko apstiprinājumu.

2. gadījuma izpēte: pārtikas pārstrādes siltummainis SLM-apdrukāts 316 L siltummainis ar iekšējiem kanāliem (Ra ~12 μm kā-izdrukāts) neizdevās CIP (tīrā-vietā{6}}apstiprinājumā). Baktērijas slēpās slāņu līnijās. Pēc AFM + elektropulēšanas tīrīšanas laiks samazinājās par vairāk nekā 60%, un mikrobu skaits atbilda pārtikas kvalitātes standartiem.

Eksperta padoms: necentieties visur pēc spoguļa apdares. Pārmērīga-kaulu-kontaktvirsmu pulēšana var samazināt kaulu integrāciju. Māksla ir zināt, kur būt raupjam un kur gludam.

Bieži uzdotie jautājumi

Vai vienmērīgāka virsma vienmēr nozīmē mazāk baktēriju?

Kopumā jā, bet tikai līdz noteiktam brīdim. Zem Ra 0,2–0,4 μm atdeve samazinās, un kaulu -kontaktu zonās ir apzināti radīts mērens raupjums.

Kāda ir tipiskā Ra vērtība kā{0}}izdrukātai SLM daļai?

8–25 μm, lielā mērā atkarīgs no orientācijas un parametriem.

Vai, izmantojot SLM Rapid Prototyping, es varu sasniegt pārtikas{0}}klases kvalitāti?

Jā - ar pareizu elektropulēšanu vai kombinētiem procesiem. Daudzi klienti to veiksmīgi dara ar pārtikas{2}}kontaktkomponentiem.

Kā virsmas raupjums ietekmē 3D drukāto instrumentu sterilizācijas procesu?

Rupjākas virsmas pasargā baktērijas no tvaika, ķimikālijām un starojuma, tādēļ ir nepieciešami ilgāki cikli vai skarbāki apstākļi.