加拿大研究人員評估鈦合金TI-5553能否用于3D打印植入體

2020年4月29日，南極熊從外媒獲悉，安大略省莫霍克學院和麥克馬斯特大學的研究人員，首次研究了鈦合金Ti-5553是否適合3D打印骨植入體。目前，大多數3D打印的植入物都是使用Ti64粉末制作的，但研究團隊想看看這種非常規(guī)合金，再加上完全的設計自由度，是否能促進骨結合——骨的生長到植入體中。

提高骨結合度

根據該研究，已知對骨植入物的某些成分、形貌和形態(tài)上的改變會增加骨結合的機會。當骨結合發(fā)生時，骨植入物在長期內更有可能成功，因為骨的生長會使其固化并改善結構完整性。考慮到這一點，研究人員將Ti-5553與歷史悠久的Ti64合金進行了比較。

鈦合金骨植入體

研究人員使用一臺德國EOS的金屬3D打印機，用SLM工藝制造出了幾何形狀簡單的兩種鈦合金樣品。制造完成后，研究人員在酒精中借助超聲波對樣品進行了清洗，在不改變打印件表面的情況下，將粉末全部去除。

△3D打印的鈦合金樣品，圖片來源：麥克馬斯特大學。

Ti-5553樣品首先使用通用試驗機進行了拉伸強度測試。循環(huán)加載直到樣品最終斷裂，并將結果一式三份記錄下來。計算了合金的彈性模量、屈服強度、極限抗拉強度和延展性的平均值。結果顯示，拉伸強度與測試前已知的增材制造的Ti64零件的拉伸強度幾乎相同。Ti-5553試件也顯示出了延展性斷裂，這表明研究人員測試的工藝參數成功地在制造方向上形成了均勻的結構。

在確認了他們的3D打印鈦合金的方法在機械上適用于醫(yī)療植入物后，研究小組對新合金的生物相容性進行了測試。將Saos-2（人骨）細胞在Ti64和Ti-5553試樣上進行陽極化處理后，在40V下陽極化30分鐘，培養(yǎng)出Saos-2（人骨）細胞。整整一天后，對細胞進行染色、干燥，并準備好SEM觀察，以確定合金表面的生物活性水平。細胞在試樣的平坦區(qū)域和零件內發(fā)現的納米管上都顯示出延伸和生長。研究人員得出的結論是，Ti-5553試樣的表現與已建立的Ti64試樣非常相似，這表明Ti-5553作為3D打印的骨植入材料具有很強的潛力。

3D打印后的鈦樣品表面的顆粒，圖片來源：麥克馬斯特大學。

有關這項研究的更多細節(jié)，請參見論文： "Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr Bone Implants with Dual-Scale Topography: A Promising Alternative to Ti-6Al-4V"。該論文由Chiara Micheletti、Bryan E. J. Lee、Joseph Deering、Dakota M. Binkley、Simon Coulson、Asad Hussanain、Hatem Zurob和Kathryn Grandfield共同撰寫。

編譯自：3dprintingindustry