3D打印医用金属材料相关介绍

一、医用金属材料

医用金属材料的种类包括不锈钢、钛合金、钴基合金、贵金属等。

图片来源：学堂在线《解密3D打印》

医用金属材料具有较好的综合力学性能，成型性好，耐腐蚀性能较好。广泛用于骨科、牙科、整形外科植入体。

但医用金属材料的弹性模量过高，引发应力屏蔽（根据网络资料：两个弹性模量不同的材料共同受力时，弹性模量较大的材料会承受较多的应力），可能引起植入体周围的骨坏死、新骨畸变和功能退化。医用金属材料还不具有生物活性，不能与骨形成化学结合。

弹性模量过高的问题可以通过多孔结构解决。多孔结构可通过孔径、孔隙率来调整植入体的密度、强度和弹性模量，改善力学相容性，克服高模量材料的应力屏蔽问题。三维贯通的孔状结构、粗糙的内外表面，有利于成骨细胞的粘附、分化和增殖，能够形成牢固的骨愈合，增强植入体与骨的生物固定。

不具有生物活性的问题可以通过在医用金属材料表面增加生物活性涂层的方式。生物活性涂层材料可选择羟基磷灰石，羟基磷灰石存在于人的骨头和牙齿中，羟基磷灰石涂层有利于植入体与骨组织性能化学键结合。（含个人理解）

二、3D打印在医用金属材料的应用

通过3D扫描采集个人身体结构数据，生成三维模型，再运用3D打印技术，可以制作出个性化的医疗植入体，从而改善治疗效果。美国批准了85个3D打印植入物，中国获得CFDA批准上市的3D打印产品包括：髋臼杯、人工椎体、脊柱椎间融合器、脑膜补片等。

（1）骨科、颌面外科植入体

3D打印钛合金骨科植入物，除了完美贴合之外，还有细密复杂的多孔结构，以促进骨骼生长。

医用钛板、钛网、钛钉等植入物，已广泛应用于口腔颌面部外伤后内固定、颌面骨组织切除后功能性修复重建、损坏的颅骨和硬膜的修复。

2015年中国首个3D打印人体植入物——仿骨小梁生物臼杯获国家CFDA的上市许可。

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（2）牙科

3D打印在钛种植体、个性化基台、义齿支架、冠桥（一种修复缺失牙的方式）等方面均可应用，在口腔种植、口腔正畸等领域有良好的临床效果。

三、制备医用金属材料的3D打印技术

（1）电子束融化

电子束熔化，英文简称EBM，该技术利用电子束将金属粉末熔合制造零件（个人理解：先将金属粉末铺盖，再用电子束熔化金属粉末成型）。在制备医用金属材料中，通过仿生结构设计和生物力学分析，该技术可以获得多孔结构的植入体。多孔结构的植入体能够在满足支架机械强度要求的前提下，解决植入体和骨组织的弹性模量不匹配问题，改善植入效果。

图片来源：学堂在线《解密3D打印》

（2）激光工程净成型

激光工程净成型，英文简称LENS，是一种结合快速成型和同步送粉技术的增材制造技术。该技术可用于制作多孔结构的致密涂层。

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审核编辑 ：李倩