Himed研究證實3D打印鈦植入物中后處理的重要性

對于 3D 打印的鈦和鈦合金醫(yī)療植入物，表面優(yōu)化不僅僅是一種增強，而且是絕對必要的。Himed是一家生物陶瓷涂層和 3D 打印生物陶瓷材料專家（也是Lithoz 在生物陶瓷 3D 打印方面的合作伙伴），公司已經證明精心設計的表面形貌對于成功的骨整合至關重要，可使新骨牢固地錨定在植入物上。特別是，通過Himed公司的專有 MATRIX MCD 技術進行磷灰石噴砂后處理，能夠實現骨科鈦植入物的卓越服役性能。

科學研究證實，優(yōu)化的表面紋理可改善骨粘附性并促進更強的組織整合。無論是通過減材加工還是增材制造，后處理對于消除表面不規(guī)則性和提高生物相容性都至關重要。

對于 3D 打印植入物，后處理在去除殘留鈦顆粒（增材制造過程中產生的微小副產品）方面起著至關重要的作用。如果不加以處理，這些微粒將帶來重大風險，可能在滅菌、包裝甚至植入后脫落，從而導致嚴重的并發(fā)癥。

△增加增材制造的 Ti64 脊柱間隔器的 SEM 放大倍數表明殘留珠子之間存在尺度差異。所有圖片均歸 Himed, LLC 所有

3D 打印鈦植入物中的殘留顆粒

高分辨率成像，尤其是掃描電子顯微鏡 (SEM) 揭示，鈦顆粒經常嵌入 3D 打印的 Ti64 脊柱間隔器的復雜表面和腔體中。這些殘留顆粒需要精確去除，以防止?jié)撛诘呐R床風險。此外，與構建平臺的接觸點會導致表面不規(guī)則，因此必須進行修整，以確保光滑一致的紋理。

雖然鈦本身具有生物相容性，但脫落的鈦碎片的長期生理影響仍不確定。為了保持醫(yī)療植入物的結構和生物完整性，后處理必須有效消除這些殘留顆粒，同時防止引入新的污染物。在各種后處理技術中，只有一種方法能夠始終如一地實現完全凈化，而不會損害鈦基材。

常見的后處理技術

氧化鋁 (Al₃) 噴砂以氧化鋁 (礬土) 為基礎，其莫氏硬度為 9，由于其硬度極高，是一種廣泛使用的磨料。它能有效去除殘留的鈦珠，細化植入物的表面。然而，由于其易碎的特性，氧化鋁碎片在撞擊時會將微小顆粒嵌入較軟的鈦表面。這些內含物非常成問題，因為即使經過酸處理，它們仍會滯留在金屬中，幾乎不可能完全去除。

△3D 打印的 Ti64 脊柱間隔器在用氧化鋁砂粒噴砂后的 SEM 圖像。請注意整個表面上的深色區(qū)域 - 這些區(qū)域代表在應用過程中嵌入 Ti 表面的磨料。所有圖片均歸 Himed, LLC 所有

研究表明，氧化鋁污染會改變植入物的元素組成，植入后嵌入的顆�？赡軙�脫落，從而引起生物相容性問題。SEM 成像證實了鈦表面深處嵌入了氧化鋁顆粒。同時，能量色散 X 射線光譜 (EDX) 進一步驗證了鋁污染的持久性，限制了這種方法用于醫(yī)療植入物后處理的可靠性。

玻璃珠噴砂可減少鋁顆粒污染，從而成為氧化鋁的替代品。玻璃珠的莫氏硬度為 5.5，具有足夠的侵蝕性，可以去除表面不一致性，同時比氧化鋁更溫和。然而，與氧化鋁一樣，玻璃珠在撞擊時容易破裂，從而在鈦表面內留下微小的含硅殘留物。

雖然這種技術減少了與鋁有關的污染，但它帶來了另一個問題——硅碎片。EDX 分析表明，硅殘留物在處理后仍然存在，這意味著這種方法不能確保鈦表面完好無損。這些殘留顆粒會影響植入物的長期機械穩(wěn)定性和整體生物相容性。

最終的后期處理選擇

Himed 稱，磷灰石噴砂是一種先進的后處理技術。公司專有的 MATRIX MCD 技術在功效和安全性方面超越了傳統(tǒng)的后處理方法。這種方法采用由羥基磷灰石和磷酸三鈣組成的磷酸鈣基磨料介質，這兩種物質天然存在于骨骼成分中。與氧化鋁和玻璃珠噴砂不同，磷灰石磨料完全可溶，在 ASTM F86 鈍化后完全溶解，不會留下任何外來污染物。

MATRIX MCD方法確保鈦表面不會嵌入任何殘留顆粒，從而提供無與倫比的生物相容性。由此產生的微地形增強了骨整合，為細胞粘附和骨生長提供了最佳結構。由于磷灰石磨料具有各種顆粒尺寸，因此可以對復雜的植入物幾何形狀進行高精度細化。此外，這一過程保持了植入物的結構完整性，保持了對機械可靠性至關重要的嚴格尺寸公差。

△SEM 序列展示了 MATRIX MCD 應用 <53μm 磷灰石磨料的后鈍化結果。顆粒大小會影響精煉表面的相對光滑度，較大的MCD（425–180μm）會產生較粗糙的表面形貌。所有圖片均歸 Himed, LLC 所有

磷灰石噴砂的莫氏硬度等級為 5，可實現受控且均勻的表面細化，根據加工參數可實現 1.0μm 至 3.2μm 之間的表面粗糙度 (Ra)。與氧化鋁和玻璃珠噴砂不同，噴砂技術可確保鈍化后的絕對鈦純度，使其成為 3D 打印鈦植入物后處理的最佳選擇。

SEM 分析證實，使用 Himed 的 MATRIX MCD 磷灰石噴砂處理過的植入物呈現出完全紋理且無污染的鈦表面。與其他后處理技術不同，這種方法可以去除嵌入的顆粒，確保最高的純度。經過數十年的改進，這項技術已經完善，可以滿足骨科和牙科植入物制造所需的嚴格質量標準。

對于醫(yī)療植入物，表面的成分和紋理直接影響安全性和臨床性能。雖然氧化鋁和玻璃珠噴砂會引入可能損害植入物完整性的異物殘留物，但磷灰石噴砂可提供生物相容性、無殘留物的解決方案。隨著 3D 打印鈦植入物領域的不斷發(fā)展，選擇最佳的后處理方法仍然是確保其壽命和臨床成功的關鍵因素。