一个新颖的方法控制3 d印刷人工植入物的微观结构和性能

生物医学技术的快速发展,人类骨骼元素植入物的替代已经成为应用程序市场,技术含量高,巨大的好处。为了快速定制人工植入物和复杂的结构,中国科学家使用3 d打印技术准备Ti-Mo合金人工植入物,然后通过后续热处理调整微观结构和性能,以获得产品的兼容性。

随着平均寿命的增加,越来越多的人体骨组织疾病病例。治疗方法的升级,越来越多的骨组织问题可以用替代人工植入物。由于面临着巨大需求领域的生物物理治疗,生物医学材料有非常广阔的市场前景。在过去的10年里,生物医学材料的市场增长率一直保持在20 - 25%,和世界人口已经达到65亿。统计数据显示,有近4亿残疾人和大约20亿名牙科病人。

目前,只有3500万个植入生物材料设备,和年度关节置换体积约为150万,这是远离实际所需的更换数量。因此,生物医学材料的市场需求有很大潜力。目前,常见的金属材料,如316不锈钢纯钛,TC₄,钴基合金和贵金属广泛应用于人工植入物的生产,如假牙、骨板和关节。

然而,上述材料的弹性模量远远大于人类骨骼的杨氏模量和杨氏模量之间的不匹配的金属植入物和人类骨会引起身体不适。因此,有必要开发一个植入材料具有良好的生物相容性、低毒性,甚至无毒性,抗摩擦磨损,耐腐蚀,机械性能相匹配的人类骨骼。Titanium-molybdenum合金的首选是人体植入物由于其降解性和低弹性模量。作为一个新兴的制造技术,添加剂制造技术(3 d打印)非常适合制造复杂形状的零件,也非常适合定制人工植入体的制备。然而,titanium-molybdenum合金植入直接由激光立体成形技术在微观结构和性能均匀性差。

在光:先进制造,科学家从西北工业大学凝固技术国家重点实验室提出了一种控制微观结构和性能的一致性通过热处理系统,这样的组织性能3 d印刷人工植入物可以更好的匹配,享受更好的生物相容性。针对组织属性的一致性差的问题,直接使用3 d印刷Ti-Mo合金人工植入物,这些科学家提出了一个新型的triple-cycle热处理系统,根据热处理工艺的转换,通过长期的保温和非凡的冷却速率低、非平衡亚稳β相转变为平衡α阶段,这使得Ti-Mo合金样品的结构从上到下往往是热力学稳定。微观结构的变化提高了机械性能Ti-Mo合金,同时保持良好的稳定性。

通过triple-cycle热处理,3 d印刷Ti-Mo合金的微观结构和性能调整和控制,所以,3 d印刷Ti-Mo合金人类植入物更好的组织和性能稳定,因此人类骨骼的更好的匹配性能。这使得3 d印刷Ti-Mo合金人工植入物在生物医学领域更广泛的有用。