加拿大研究人員評估鈦合金TI-5553能否用于3D打印植入體

2020年4月29日，南極熊從外媒獲悉，安大略省莫霍克學(xué)院和麥克馬斯特大學(xué)的研究人員，首次研究了鈦合金Ti-5553是否適合3D打印骨植入體。目前，大多數(shù)3D打印的植入物都是使用Ti64粉末制作的，但研究團(tuán)隊(duì)想看看這種非常規(guī)合金，再加上完全的設(shè)計(jì)自由度，是否能促進(jìn)骨結(jié)合——骨的生長到植入體中。

提高骨結(jié)合度

根據(jù)該研究，已知對骨植入物的某些成分、形貌和形態(tài)上的改變會增加骨結(jié)合的機(jī)會。當(dāng)骨結(jié)合發(fā)生時，骨植入物在長期內(nèi)更有可能成功，因?yàn)楣堑纳�長會使其固化并改善結(jié)構(gòu)完整性�？紤]到這一點(diǎn)，研究人員將Ti-5553與歷史悠久的Ti64合金進(jìn)行了比較。

鈦合金骨植入體

研究人員使用一臺德國EOS的金屬3D打印機(jī)，用SLM工藝制造出了幾何形狀簡單的兩種鈦合金樣品。制造完成后，研究人員在酒精中借助超聲波對樣品進(jìn)行了清洗，在不改變打印件表面的情況下，將粉末全部去除。

△3D打印的鈦合金樣品，圖片來源：麥克馬斯特大學(xué)。

Ti-5553樣品首先使用通用試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了拉伸強(qiáng)度測試。循環(huán)加載直到樣品最終斷裂，并將結(jié)果一式三份記錄下來。計(jì)算了合金的彈性模量、屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度和延展性的平均值。結(jié)果顯示，拉伸強(qiáng)度與測試前已知的增材制造的Ti64零件的拉伸強(qiáng)度幾乎相同。Ti-5553試件也顯示出了延展性斷裂，這表明研究人員測試的工藝參數(shù)成功地在制造方向上形成了均勻的結(jié)構(gòu)。

在確認(rèn)了他們的3D打印鈦合金的方法在機(jī)械上適用于醫(yī)療植入物后，研究小組對新合金的生物相容性進(jìn)行了測試。將Saos-2（人骨）細(xì)胞在Ti64和Ti-5553試樣上進(jìn)行陽極化處理后，在40V下陽極化30分鐘，培養(yǎng)出Saos-2（人骨）細(xì)胞。整整一天后，對細(xì)胞進(jìn)行染色、干燥，并準(zhǔn)備好SEM觀察，以確定合金表面的生物活性水平。細(xì)胞在試樣的平坦區(qū)域和零件內(nèi)發(fā)現(xiàn)的納米管上都顯示出延伸和生長。研究人員得出的結(jié)論是，Ti-5553試樣的表現(xiàn)與已建立的Ti64試樣非常相似，這表明Ti-5553作為3D打印的骨植入材料具有很強(qiáng)的潛力。

3D打印后的鈦樣品表面的顆粒，圖片來源：麥克馬斯特大學(xué)。

有關(guān)這項(xiàng)研究的更多細(xì)節(jié)，請參見論文： "Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr Bone Implants with Dual-Scale Topography: A Promising Alternative to Ti-6Al-4V"。該論文由Chiara Micheletti、Bryan E. J. Lee、Joseph Deering、Dakota M. Binkley、Simon Coulson、Asad Hussanain、Hatem Zurob和Kathryn Grandfield共同撰寫。

編譯自：3dprintingindustry