國內(nèi)研究人員測試模擬小梁結(jié)構(gòu)的鈦合金支架

來源：增材之光

中國研究人員正在進(jìn)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(jié)構(gòu)的鈦合金支架的機(jī)械性能”中概述了他們的發(fā)現(xiàn)。在這項(xiàng)研究中，研究人員使用五個(gè)不同的晶胞，通過電子束熔化來創(chuàng)建新的小梁結(jié)構(gòu)。

3D打印已經(jīng)在醫(yī)學(xué)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(shù)已成為研究的最前沿，但隨著3D打印模型和設(shè)備的使用，骨科技術(shù)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(jié)構(gòu)不僅可以促進(jìn)植入物的“生物活性”，而且還可以促進(jìn)成骨細(xì)胞形式更好地生長，并指導(dǎo)骨組織與孔隙連接，從而實(shí)現(xiàn)植入物的生物固定。

研究人員指出：“隨著3D打印技術(shù)和新型生物材料的發(fā)展，小梁結(jié)構(gòu)在人工關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用越來越廣泛，小梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和機(jī)械性能成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。”

3D打印鈦合金小梁結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征和機(jī)械性能將影響人工假體置換的效果；因此，這些方面需要進(jìn)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(jié)構(gòu)在臨床應(yīng)用現(xiàn)階段的機(jī)械性能”的全面研究，他們有動機(jī)開展這項(xiàng)研究。

在3D打印小梁結(jié)構(gòu)之后，研究人員考慮了以下方面：
•設(shè)計(jì)與制造之間的差異。
•不同的孔隙率和孔徑對機(jī)械性能的影響。
•結(jié)構(gòu)損傷的機(jī)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(tuán)隊(duì)獲得了五個(gè)用于研究的長方體支架，每個(gè)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(biāo)本也以致密的圓柱鈦形式進(jìn)行了3D打印。

研究人員表示，研究了孔隙率和機(jī)械性能之間的相關(guān)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(gè)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(jī)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(jī)械性能，包括9個(gè)不同的位置和3個(gè)方向。密度記為：4.3541037 g / cm3由3D打印的致密圓柱體樣品計(jì)算得出。研究團(tuán)隊(duì)還指出，孔隙率始終“低于設(shè)計(jì)值”。

比較腳手架樣品設(shè)計(jì)值與實(shí)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(kuò)散
•差異化
•引導(dǎo)骨組織進(jìn)入孔隙

五個(gè)不同規(guī)格的腳手架樣品的實(shí)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(xì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和機(jī)械性能。這項(xiàng)研究可能會揭示具有適當(dāng)結(jié)構(gòu)和功能的假體的應(yīng)用?！?br />

9個(gè)不同位置試樣的壓縮應(yīng)力-應(yīng)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(gè)試樣的斷裂模式。