控制3D打印植入物的性能

A，一种典型的人体植入材料应用，可作为骨板用于治疗患者的移植手术。b、激光固相成形Ti- mo试样不同区域α-hcp Ti和β-bcc Ti的分布和形貌(a) P1-top;(b) P4中间;(c) P7底区;(d)相组成统计。激光三维成形Ti-Mo合金试样具有α+β双相结构。样品中α相含量由上至下递减，β相含量由上至下逐渐增加，呈现典型的梯度结构。c，激光固相成形Ti- mo试样热处理后不同区域α-hcp Ti和β-bcc Ti的分布和形貌(a) P1-top;(b) P4中间;(c) P7底区; (d) phase composition statistics.

随着人类平均寿命的增加，人类骨组织疾病的病例越来越多。随着治疗方法的不断完善，越来越多的骨组织问题可以通过人工植入物进行替代治疗。由于生物物理治疗领域的巨大需求，生物医学材料具有非常广阔的市场前景。近10年来，生物医学材料的市场增长率一直保持在20-25%，世界人口已接近65亿。据统计，我国残疾人近4亿人，牙科患者约20亿人。

目前，植入的生物材料装置只有3500万个，每年关节置换量约为150万个，与实际需要的置换数量相差甚远。因此，生物医学材料的市场需求具有很大的潜力。目前，常见的金属材料如316不锈钢、纯钛、TC4、钴基合金、贵金属等广泛应用于人体植入物的生产，如假牙、骨板、关节等。

然而，上述材料的弹性模量远远大于人骨的杨氏模量，金属种植体的杨氏模量与人骨的不匹配会引起身体不适。因此，有必要开发一种具有良好的生物相容性、低毒甚至无毒、耐摩擦磨损、耐腐蚀以及与人体骨骼匹配的机械性能的植入材料。钛钼合金无毒、弹性模量低，是人体植入物的首选。作为一种新兴的制造技术，加法制造技术非常适合制造形状复杂的零件，也非常适合定制人体植入物的制备。然而，钛钼合金植入物直接采用激光三维成形技术制备的材料组织和性能均匀性较差。

西北工业大学凝固技术国家重点实验室的科学家们提出了一种通过热处理系统控制组织和性能均匀性的方法，使组织性能3 d印制人体植入物可以更好的匹配，具有更好的生物相容性。针对直接使用3D打印Ti-Mo合金人体植入物组织性能均匀性差的问题，这些科学家提出了一种新型的三循环热处理系统，基于热处理工艺的改造，通过长期保温和极低的冷却速度，非平衡亚稳β相转变为平衡α相，使Ti-Mo合金试样从上到下的结构趋于热力学稳定。组织的改变提高了Ti-Mo合金的力学性能，同时保持了良好的稳定性。

通过三周热处理，对3D打印Ti-Mo合金的组织和性能进行调整和控制，使3D打印Ti-Mo合金人体种植体具有更好的组织和性能稳定性，从而更好地匹配人体骨骼的性能。这使得3D打印Ti-Mo合金人体植入物在生物医学领域的应用更加广泛。

这项研究发表在光:先进制造．