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2021年7月,在陜西省重大智能制造專項(xiàng)的支持下,空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨科首次將鉭金屬3D打印的長節(jié)段人工椎體,運(yùn)用于脊柱惡性腫瘤整塊切除后的缺損重建。
鉭金屬3D打印椎體外觀圖
不銹鋼
另一種正在使用的植入材料是用于骨板(以及手術(shù)工具)的不銹鋼。然而,雖然可以使用EBM創(chuàng)建這些植入物,但需要執(zhí)行額外的表面處理步驟以獲得合適的產(chǎn)品。因此,目前不銹鋼通常通過選區(qū)金屬激光熔化金屬3D打印技術(shù)來加工。
據(jù)了解,不銹鋼材料具有可接受的生物相容性、高拉伸強(qiáng)度和彈性模量、低制造成本、可用性、韌性、更高的熱導(dǎo)率,因此與鈦合金相比,表面光潔度更好。不過由于由于長期降解和合金元素的釋放,潛在的炎癥反應(yīng)。Fe的釋放會對細(xì)胞產(chǎn)生不利影響,不銹鋼主要用于短期植入物和螺釘以及手術(shù)工具。以及作為牙科和整形外科植入物以及手術(shù)器械的應(yīng)用。
鎂合金
在科研進(jìn)展方面,《自然》于2017年首次發(fā)表的超納米雙相鎂合金是一種具有極強(qiáng)顆粒崩解性且能生物降解的金屬;它的應(yīng)用不僅推進(jìn)了3D打印的發(fā)展,而且開啟了4D打印的機(jī)遇之門。
不過鎂合金的增材制造加工過程中充滿挑戰(zhàn),鎂合金在3D打印過程會產(chǎn)生嚴(yán)重的粉體飛濺,這是由于鎂合金蒸發(fā)溫度低且蒸汽壓高,這種現(xiàn)象與鋼、鈦或鋁合金的AM過程有很大的區(qū)別。粉體飛濺會顯著降低鎂合金增材制造過程的穩(wěn)定性,因?yàn)橐恍╂V粉會沿掃描路徑被蒸汽移除,在隨后的掃描道次中則很可能在此處產(chǎn)生缺陷,因此在鎂合金
AM過程中必須采取補(bǔ)充粉體的策略。
除了通過SLM基于粉末床的金屬3D打印技術(shù),科研機(jī)構(gòu)在探索通過粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)制造多孔鎂基植入物的耐腐蝕性。延伸閱讀請參考
3D科學(xué)谷發(fā)布的《專欄l粘結(jié)劑噴射3D打印多孔鎂基植入物的耐腐蝕性研究》。
智能金屬
3D打印的由形狀記憶合金構(gòu)成的血管支架等智能器械已經(jīng)進(jìn)入了研發(fā)(R&D)和商業(yè)化初期階段。
據(jù)解,智能金屬具有高的生物相容性
,在施加外部刺激后恢復(fù)原始形狀,接近身體轉(zhuǎn)變溫度
,接近骨彈性模量
。不過由于腐蝕而釋放
Ni離子可能會導(dǎo)致安全問題,可能無法長期精確控制成分,
AM增材制造工藝加工參數(shù)設(shè)置存在挑戰(zhàn),以及后處理?xiàng)l件存在挑戰(zhàn)。對于確保形狀記憶效應(yīng)和可打印性是必要的
。智能金屬可用于心血管支架
、正畸和牙套。
參考資料:增材制造可降解鎂合金植入物面臨的挑戰(zhàn)及其對策/中國工程院院刊《Engineering》2020年第11期
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