國內(nèi)研究人員測試模擬小梁結構的鈦合金支架

來源：增材之光

中國研究人員正在進一步研究鈦在生物打印中的用途，并在最近發(fā)表的“模擬小梁結構的鈦合金支架的機械性能”中概述了他們的發(fā)現(xiàn)。在這項研究中，研究人員使用五個不同的晶胞，通過電子束熔化來創(chuàng)建新的小梁結構。

3D打印已經(jīng)在醫(yī)學界刻下了不可磨滅的印記，由于研究人員的辛勤工作，3D打印一直在飛速發(fā)展。盡管組織工程技術已成為研究的最前沿，但隨著3D打印模型和設備的使用，骨科技術受到了極大的積極影響，從而帶來了更大的靈活性和定制性。

骨小梁結構不僅可以促進植入物的“生物活性”，而且還可以促進成骨細胞形式更好地生長，并指導骨組織與孔隙連接，從而實現(xiàn)植入物的生物固定。

研究人員指出：“隨著3D打印技術和新型生物材料的發(fā)展，小梁結構在人工關節(jié)置換中的應用越來越廣泛，小梁結構的設計、制造和機械性能成為當前研究的重點�！�

3D打印鈦合金小梁結構的形態(tài)特征和機械性能將影響人工假體置換的效果；因此，這些方面需要進一步研究。
此前已有研究，但正如研究人員指出的那樣，由于缺乏對“鈦合金小梁結構在臨床應用現(xiàn)階段的機械性能”的全面研究，他們有動機開展這項研究。

在3D打印小梁結構之后，研究人員考慮了以下方面：
•設計與制造之間的差異。
•不同的孔隙率和孔徑對機械性能的影響。
•結構損傷的機理。

鈦合金支架由晶胞組成（L，a和s分別是單位、投影孔徑和支桿尺寸）以及模仿骨小梁的鈦合金支架的微觀形態(tài)。a晶胞和鈦合金支架，b支架的微觀形態(tài)。

研究團隊獲得了五個用于研究的長方體支架，每個支架具有不同的孔隙率，這些支架是使用Ti6Al4V鈦合金粉末通過EBM制造而成的。其他標本也以致密的圓柱鈦形式進行了3D打印。

研究人員表示，研究了孔隙率和機械性能之間的相關性，研究了在相同加載速度下具有不同孔徑和孔隙率的腳手架樣品。壓縮測試包括從兩個不同的加載方向研究在相同加載速度下試樣的各向異性，以及不同加載速度對機械性能的影響。

他們還檢查了來自不同位置和打印過程的樣品的機械性能，包括9個不同的位置和3個方向。密度記為：4.3541037 g / cm3由3D打印的致密圓柱體樣品計算得出。研究團隊還指出，孔隙率始終“低于設計值”。

比較腳手架樣品設計值與實際值。（a）支柱尺寸，（b）投影孔徑，（c）孔隙率。

合適的孔隙率和連通性允許：
•附著力
•擴散
•差異化
•引導骨組織進入孔隙

五個不同規(guī)格的腳手架樣品的實際支桿尺寸、孔徑和孔隙率。

研究人員表示：“ 3D打印鈦合金支架的參數(shù)，例如孔徑、孔隙率、孔型和表面處理，對體外骨骼生長和成骨細胞性能具有重要影響。我們已經(jīng)系統(tǒng)地研究了模擬小梁骨的3D打印鈦合金支架的結構設計、制造和機械性能。這項研究可能會揭示具有適當結構和功能的假體的應用�！�

9個不同位置試樣的壓縮應力-應變曲線及其局部放大圖以及某些試樣的斷裂形態(tài)。（a）至（e）是五個試樣的斷裂模式。