概述：用于3D打印的生物醫(yī)學植入物的融合粉末床
時間：2020-01-14 09:04 來源：中國3D打印網(wǎng) 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
中國3D打印網(wǎng)1月14日訊，LEMurr是得克薩斯大學埃爾帕索分校的研究人員，對3D打印醫(yī)療設(shè)備進行了概述，并在最近出版的《冶金原理應(yīng)用于粉末床融合3D打印/個性化和優(yōu)化的金屬和合金生物醫(yī)學的增材制造》中對植入物進行了概述。同時使用SLM和EBM技術(shù)的粉末床融合技術(shù)在世界范圍內(nèi)繼續(xù)流行，包括在醫(yī)院中，醫(yī)院使用商業(yè)系統(tǒng)來創(chuàng)建針對患者的醫(yī)療設(shè)備。
用于Ti-6Al-4 V產(chǎn)品制造的EBM系統(tǒng)（圖1c）。 （a）EBM示意圖，顯示在（1）電壓下以60 kV電壓操作的電子槍，通過CAD掃描聚焦的電子束（2）以選擇性地熔化傾斜的（r）從紙盒（3）送入3D打印產(chǎn)品（4）的粉末層重力。 （b）如（a）所示，在EBM盒中放入Ti-6Al-4 V粉末。 （c）光學顯微照片，顯示Ti-6Al-4 V EBM固體，制成品α相，雙凸透鏡狀晶粒的微觀結(jié)構(gòu)。
“ EBM和SLM制成的金屬或合金產(chǎn)品之間的主要區(qū)別在于，較低的SLM粉末床溫度和更快的冷卻或冷卻速率，” Murr解釋說。 “這會在某些SLM產(chǎn)品中產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)變，而這些產(chǎn)品通常需要進行熱等靜壓處理（HIPing）以減輕這種固有應(yīng)變，并會導致產(chǎn)品翹曲或其他變形。 SLM產(chǎn)品表面通常也更光滑，對于某些應(yīng)用程序，這可能是重要的功能。”
盡管3D打印，增材制造工藝和材料選擇方面的挑戰(zhàn)仍在繼續(xù)，但世界各地的研究人員仍在不斷創(chuàng)新植入物，無論是針對大腦，牙齒，脊柱或更多的植入物，在許多情況下（甚至在某些情況下）都可以提高生活質(zhì)量。 Murr指出，已經(jīng)進行了許多嘗試來生產(chǎn)功能性且有效的多孔材料。醫(yī)療器械制造商一直在努力工作，以創(chuàng)造出新的方法來生產(chǎn)具有合適孔隙率的植入物。
EBM制造的Ti-6Al-4 V菱形十二面體網(wǎng)狀顱骨插入件，用于特定于患者的CAD生成的聚合物頭骨模型。
“截至2019年，全球醫(yī)院中有數(shù)百個所謂的即時醫(yī)療3D打印中心或樞紐；Murr說：“有些人在整形外科部門，而另一些人則為各種外科部門提供服務(wù)，包括開發(fā)3D打印的外科手術(shù)計劃模型。”如今，負責制造植入物的大多數(shù)3D打印醫(yī)療中心和服務(wù)實驗室都使用Ti-6Al-4 V粉：
.頜面重建
.骷髏頭
.脊椎插入物
“在過去的20年中，盡管已經(jīng)進行了大量的鈦合金系統(tǒng)開發(fā)研究，其中包括諸如Ti-24Nb-4Zr-7.9 Sn之類的合金，其楊氏模量小于Ti-6Al的一半。 -4 V，采用這些合金進行植入物制造幾乎沒有動機，無論是生物醫(yī)學的還是經(jīng)濟的，”研究人員總結(jié)道。
“對于Ti-6Al-4 V，主要的微觀結(jié)構(gòu)由各種α相尺寸或αʹ-（馬氏體）相尺寸組成，可以在大約3.5-4.5 GPa的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)硬度（維氏硬度）作為強度和延展性的相應(yīng)操縱。雖然這可以確保多孔，開放式細胞植入物設(shè)計與骨骼的高度生物力學相容性，但最佳的骨骼向內(nèi)生長不僅可以確保植入物的有效固定，還可以使植入物成為骨骼支架或理想的骨替代物。”
用于Ti-6Al-4 V產(chǎn)品制造的EBM系統(tǒng)（圖1c）。 （a）EBM示意圖，顯示在（1）電壓下以60 kV電壓操作的電子槍，通過CAD掃描聚焦的電子束（2）以選擇性地熔化傾斜的（r）從紙盒（3）送入3D打印產(chǎn)品（4）的粉末層重力。 （b）如（a）所示，在EBM盒中放入Ti-6Al-4 V粉末。 （c）光學顯微照片，顯示Ti-6Al-4 V EBM固體，制成品α相，雙凸透鏡狀晶粒的微觀結(jié)構(gòu)。
“ EBM和SLM制成的金屬或合金產(chǎn)品之間的主要區(qū)別在于，較低的SLM粉末床溫度和更快的冷卻或冷卻速率，” Murr解釋說。 “這會在某些SLM產(chǎn)品中產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)變，而這些產(chǎn)品通常需要進行熱等靜壓處理（HIPing）以減輕這種固有應(yīng)變，并會導致產(chǎn)品翹曲或其他變形。 SLM產(chǎn)品表面通常也更光滑，對于某些應(yīng)用程序，這可能是重要的功能。”
盡管3D打印，增材制造工藝和材料選擇方面的挑戰(zhàn)仍在繼續(xù)，但世界各地的研究人員仍在不斷創(chuàng)新植入物，無論是針對大腦，牙齒，脊柱或更多的植入物，在許多情況下（甚至在某些情況下）都可以提高生活質(zhì)量。 Murr指出，已經(jīng)進行了許多嘗試來生產(chǎn)功能性且有效的多孔材料。醫(yī)療器械制造商一直在努力工作，以創(chuàng)造出新的方法來生產(chǎn)具有合適孔隙率的植入物。
EBM制造的Ti-6Al-4 V菱形十二面體網(wǎng)狀顱骨插入件，用于特定于患者的CAD生成的聚合物頭骨模型。
“截至2019年，全球醫(yī)院中有數(shù)百個所謂的即時醫(yī)療3D打印中心或樞紐；Murr說：“有些人在整形外科部門，而另一些人則為各種外科部門提供服務(wù)，包括開發(fā)3D打印的外科手術(shù)計劃模型。”如今，負責制造植入物的大多數(shù)3D打印醫(yī)療中心和服務(wù)實驗室都使用Ti-6Al-4 V粉：
.頜面重建
.骷髏頭
.脊椎插入物
.全髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)植入物
“在過去的20年中，盡管已經(jīng)進行了大量的鈦合金系統(tǒng)開發(fā)研究，其中包括諸如Ti-24Nb-4Zr-7.9 Sn之類的合金，其楊氏模量小于Ti-6Al的一半。 -4 V，采用這些合金進行植入物制造幾乎沒有動機，無論是生物醫(yī)學的還是經(jīng)濟的，”研究人員總結(jié)道。
“對于Ti-6Al-4 V，主要的微觀結(jié)構(gòu)由各種α相尺寸或αʹ-（馬氏體）相尺寸組成，可以在大約3.5-4.5 GPa的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)硬度（維氏硬度）作為強度和延展性的相應(yīng)操縱。雖然這可以確保多孔，開放式細胞植入物設(shè)計與骨骼的高度生物力學相容性，但最佳的骨骼向內(nèi)生長不僅可以確保植入物的有效固定，還可以使植入物成為骨骼支架或理想的骨替代物。”
由EBM制造的Ti-6Al-4 V多孔網(wǎng)狀骨盆帶，是為患者特定的聚合物T-CAD模型定制的（a）。 （b）顯示帶有箭頭的倒置鈦合金骨盆插入物，指示用于連接右腿的髖臼假體的附件。
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