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188体育登录首页|粉床熔融3D打印技术在医疗植入体制造中的应用

2021-02-19 03:47:01

188体育登录首页|增材生产技术在生物医疗领域的应用于可分成四个方面,分别是:无生物相容性的医疗器械生产;不具备生物相容性但不能水解的永久植入体生产;不具备生物相容性且可降解的的组织工程支架的生产和细胞及其他细胞外基因生产。这些有所不同领域可应用于的增材生产方法还包括:立体光刻、分层实体生产、吸管沉积成型、粉床工件/熔融等等。本文在此主要阐释作为永久性植入体的金属植入体的生产过程。

  粉床熔融技术(SLM、EBM)应用领域主要有航空航天类工业领域及医疗植入体,尤其是永久植入体生产。相结合医学扫瞄和光学技术,增材生产技术在医疗领域应用于更为普遍。那么在制取金属生物植入体时材料的搭配及设计过程有哪些拒绝呢?  一.植入体用金属材料  骨科是金属植入物用于最少的学科,特别是在以人工关节居多。

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其中牵涉到的少见的金属材料可用作金属植入体制取还包括:316/316L不锈钢,Ti6Al4V,CoCr合金。  另外还有的新材料有:Mg合金优点:杰出的比强度和比刚性、较好的生物相容性、在生物体内可自动水解等特性;Ti-6Al-7Nb(TC20)用Nb替代了剧毒元素V,比Ti6Al4V更佳的抗腐蚀性;钽特别是在是多孔钽金属低的孔隙率、较低的硬度和杰出生物相容性,作为生物植入体材料具备很大潜力;以及Ni-Ti形状记忆合金。  本文在此仅有讲解少见材料:  ①316/316L不锈钢  不锈钢是最先的人体植入体材料,尤其是奥氏体不锈钢具备较好的生物相容性,且价格低廉。

常用于人工骨节或骨折区固定器等。其缺点在于在生理环境中,不锈钢有时不会产生生锈等问题。较多研究在SLM方法制取316L植入体。

  ②CoCr合金  CoCr合金作为钴基材料代表,其外用腐蚀性及耐磨性能较不锈钢都有所提高。但其价格较高也是被迫托的缺点。

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其主要作为关节、牙齿等替代材料。  ③Ti6Al4V  Ti6Al4V由于极佳的生物相容性、外用腐蚀性和机械强度普遍应用于生物医疗领域。  弹性模量比不锈钢及钴基合金更加相似骨质。

用作制取关节、胸骨、颅骨以及介入性心血管支架等植入体。SLM、EBM方法制取该材料皆有较多研究,两种方法制取材料的组织有所不同(SLM多有马氏体互为,EBM多为+互为)造成两者力学性能的差异。  二.设计过程  粉床熔融技术的可自定义特点及可制取与骨组织相匹配的多孔结构特点,使其合适生物增材生产中永久植入体的制取。

  ①数据采集过程  可利用CT扫瞄、磁共振光学(MRI)、X摄像机技术收集病人特定植入体形貌模型。3D模型修复并用于三维软件展开图形个性化设计,经magics等软件处置后,引入增材生产设备必要打印机成型。  ②多孔结构的设计  骨组织可分成密致骨(皮质骨)和松质骨(小梁骨)两种,两者区别在于孔隙度和的组织有所不同。因此为了更加准确的仿效骨质属性必须对孔隙度设计。

且这种孔隙结构必需互相关联,以保证骨骼的生长和细胞的迁入,同时也要考虑到进孔率。目前植入体广泛的孔隙尺寸为400-600微米,孔隙率为75-85%。  多孔结构的孔径、孔隙率及内部贯通性是要求骨材料植入后骨长入方式和数量的决定因素。

L.E.Murr明确提出的四种多孔结构模型,如下图:  DongjinYoo明确提出了生物多孔结构。  ③植入体表面改性  为确保植入体表面具备较好的生物相容性、耐磨性及对的组织生长的诱导性还必须对多孔结构的表面展开化学处置或镀膜处置。

可使用的方法还包括:热喷涂、激光熔敷、离子喷发物、喷砂法、电化学法等等。常用的耐用表面涂层TiN、TiO2及生物活性涂层。  三.发展与挑战  ①功能梯度结构、复合材料的研发  功能梯度结构更加合乎生物机械性能拒绝,且能增大由于科弹性模量过低,使在和无法很好的由植入体传送到连接骨组织而产生的形变屏蔽,同时提升了生物相容性。

这种梯度结构还包括材料成分的倒数过渡性和结构的倒数过渡性(闻右图多孔结构的倒数过渡性)。材料倒数过渡性举例:事例人造牙齿根外表能用耐磨性杰出的羟基磷石灰陶瓷,内部能用高强度钛合金材料。

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  复合材料作为金属植入体拒绝在单一结构中按照有所不同市场需求在植入体有所不同部分不存在多复合材料结构。而粉床熔融技术回应材料制取过程和性能缺少深入研究。  ②蜂窝简单结构生产  蜂窝状结构分成随机性的及非随机性,后者层错结构具备可重复性。

这种简单结构生产过程难题在于粉末摩擦力结构框架上除去艰难。  四.案例  ①钴基合金人工膝关节  ②钛合金胸肋骨  生物植入体生产技术是一个简单的新型技术,牵涉到3D打印机、生物学、材料学等多学科知识。

小编在此仅对金属增材生产在该领域应用于的整体概况讲解。明确理论知识及工艺细节还须要参考涉及书籍、文献。:188体育登录首页。

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