3D打印过程中,高能激光束逐层选择性熔化金属粉末床,产生的熔池快速凝固就能制备出个性化超精的微观结构。这个技术根据CAD模型直接制作,通过优化切片设计、激光功率、激光扫描速度和打印参数控制的后处理来最大限度提高多孔结构的打印精度,比起传统的减材方法更节省时间和材料成本。
研究目的是为了提高种植体和人体天然骨的生物力学相容性,增加骨结合面积,通过引入多孔结构来调整孔型、孔径、孔隙率、多孔支架厚度等参数以及多孔排列方式,来增加表面积并调节种植体弹性模量,这样就能针对不同患者的基础条件进行个性化设计,提高治疗成功率。这个研究就是要对不同形状多孔钛合金进行设计和制作,综合评价它的制备精度和机械性能。
研究方法是建立含正立方体、正八面体及蜘蛛网横截面三种孔型的压缩实验和三点抗弯实验的CAD模型,每种孔型有400μm、500μm和600μm三种大小的孔径,其中含不同孔型及孔径的每组模型再分别设全孔组和含致密内核的梯度组两种设计。首先通过选择性激光熔覆(SLM)制备500μm全孔组的两种力学实验试件,对打印时样本长轴和打印台的两种相对方向(横向和纵向)下的打印精度进行比较研究;确定打印方向后制备所有力学实验试件,对其表观形貌、组成成分及机械性能进行分析,研究不同多孔结构种植体设计参数对多孔钛合金试件生物力学性能的影响。
现在临床上用的致密钛或钛合金种植体的弹性模量比人体骨组织高很多,两者弹性模量不匹配会导致骨质疏松、萎缩,甚至种植体松动,影响种植成功率,这种不良现象就是“应力屏蔽”效应。引入多孔结构的种植体设计已经被认可为一种有效解决方案,不仅能缩小弹性模量差异,还能提供低密度、高比表面积及高能量吸收效率等特性。此外,多孔结构还能提高成骨细胞分化率,促进骨组织长到种植体里,提高骨结合强度。选择性激光熔覆(SLM)是一种新型粉末床3D打印技术,也叫增材制造术,已经被用于制作个性化多孔植入物领域。