2017.08
行业动态
当代化工研究 Chenmdoat Iat
3D打印技术在生物医用多乳钛合金
的研究进展
*李栋
（江苏省常州高级中学江苏213003）
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摘要：医用多扎钛及钛合金具有良好的生物相容性和与人骨更匹配的力学性能，在人体硬组织植入和修复领域具有广泛的应用前量。3D 打印技术是日前发展较快的先进制造技术，突破了传统制备工艺的局限，在制备生物多扎钛含金方面具备独特的优势。本文介绍了4种典型的3D打印技水的工作原理与技术特点，论述了国内外3D打印技水在医用多我钛合会植入物方面的最新研究进展，并且对该技术的应用前景进行了展望
关键词：钛及钛含金；多扎材料；3D打印技术；生物医用
文献标识码：A
中图分类号：T
ResearchProgressof3DPrintingTechnologyinBiomedicalPorousTitaniumAlloy
LiDong
(Changzhou Senior High School of Jiangsu Province, Jiangsu, 213003)
Abstract:Medical poroues titanium and zitanitem alloys hanve good biocomparibility and belter mechanical properties with human bone, which has a wide applicazion prospecz in the field of human hard rissare implantarion and repair: 3D prinring lechnology is a rapid developmenf of advanced maragfacturing fechnologs; which breaks throtigh the limifations ef tradirional preparation fechnology, and has amnigue achvantages in the preparation of biological porous itanium alloy: This paper introduces rhe working principle and technical characteristics of forr typical 3D printing fechnology: discarses the larest research progress of 3D prinring technology ar home and abroad on medical porots titaniam alloy implants, and prospecrs zhe application prospect of thtis fechnoogy
Key words:titanium and zitaniem alloy: porous materials; 3D printing fechnology: biomedical medicine
生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复和替换其病变组织、器官或辅助人体康复的材料。而医用金属材料拥有良好的力学性能和加工性能，是世界上使用最多的生物医用材料。应用于植入人体的生物金属材料主要包括不锈钢、钴基合金和钛合金，
不锈钢和钻基合金等传统的医用金属材料由于生物相容性和力学性能不如钛合金，而渐渐被其所取代。现在，铁钛合金已经广泛用于人工关节、骨创伤产品、骨同定器件、牙种植体等方面。但长期临床研究表明，由于钛合金的弹性模量（100～110GPa）与人骨（0.1～30GPa）相比偏高，长期植入人体后会引起人体骨组织萎缩，使得植入体发生松动，会产生“应力屏蔽”效应。为了使植入物的弹性模量与人骨相匹配，科学家研制出了一系列低模量β型钛合金系列，
如
Ti-Nb-Ta系、Ti-Nb-Mo系、Ti-Nb-Sn系等，但弹性模量最低才降到40GPa，仍然达不到人体组织的需求。制备具有孔隙结构的钛合金可以进一步降低弹性模量，通过对孔径、孔隙率等参数的调整，可以使得钛合金的模量、密度和强度与自然骨相匹配，且多孔结构有利于成骨细胞的粘附、增殖和分化，促使新骨组织长入孔隙，因此多孔钛合金成为近年来研究的热点。
当前，常用的制备多孔钛合金方法包括粉末冶金法、气相沉积法、浆料发泡法、自蔓延高温合成法、纤维烧结法等，但用这些方法制备的材科其微观结构无法灵活控制，孔间的导通性无法确保，且材料的孔累结构不能很好的与人体骨骼组织结构模拟匹配。3D打印技术采用分层/堆积原理，在计算机设计好三维模型图后，可制备出复杂多样的实
万方数据
体，且材料的微观组织可以被控制，在制备多孔材料方面有很大优势。值得一提的是，3D打印技术可以针对不同患者的需求，进行多元化的设计和制备，并且可以缩短加工周期和环节，故而在生物医用材料市场占据了越来越多的市场。金属3D打印根据热原不同，可分为激光3D打印技术和电子束熔融技术，其中常见的激光3D打印技术有选择性激光烧结技术(SLS)、选择性激光熔化技术（SLM）、激光近净成形技术(LENS）等。本文者重单述金属3D打印技术在多孔生物铁合金制备领域的国内外研究和发展现状，并对其发展前景进行展望。
1.激光3D打印技术
(1)造择性激光烧结技术
选择性激光烧结技术，简称SLS。在制备金属材料时，铺粉辑将金属粉末和有机粘结剂混合粉末平铺在工作平台上，激光束按照该层预定的截面轮廓在粉层上扫描，进行烧结。当截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，再次铺粉烧结，重复上述过程直到零件制备完成。通过熔化粉末中的聚合物，高熔点的金属粉末粘结在一起，成形后利用脱脂工艺去除粘结剂，使得材料科内留下大量峰离状孔洞，这极其有利于制备多孔材料。当前，SLS技术在医用多孔材料的应用主要集中在可降解的生物高分子材料方面，而在多孔铁及钛合金方面的研究鲜有报道。
国内方面，额芳霞等以Ti和Mo混合粉末为原料，采用
SLS技术制备了一系列孔懒结构可控，力学性能良好的多孔 Ti-(4/6/8/10)Mo合金，并研究了孔隙结构与烧结温度的关系。以Ti-6lo合金为例，其微观形貌如图1所示，研究结果表